[發明專利]小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 201811540524.4
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109669471B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 崔平遠;付文濤;朱圣英;徐瑞;劉陽
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟1：建立小天體懸停姿軌一體動力學模型；

式中，為探測器相對目標懸停點的對偶四元數，為的共軛，為探測器相對目標懸停點的角速度旋量在探測器本體坐標系下的投影，為目標懸停點的角速度旋量，為..的導數，為探測器對偶慣量矩陣，為探測器對偶慣量矩陣的逆，為作用于探測器質心的對偶引力，為作用于探測器質心的對偶控制力，為作用于探測器質心的對偶擾動力；

步驟2：通過構造擴張狀態觀測器，對影響系統輸出的各種擾動作用進行實時估計，通過實時估計結果在非線性控制律中進行動態補償，實現對復雜非線性系統的良好控制，降低環境擾動對系統控制精度的影響，從而實現探測器精確懸停在預定懸停點。

步驟2具體實現方法如下，

步驟2.1：利用小天體懸停姿軌一體動力學模型中作為虛擬控制量對進行控制，使能夠實現對的實時跟蹤；

步驟2.2：構建擴張狀態觀測器，對步驟2.1所述的對偶慣量矩陣的變化和外界復雜環境帶來的干擾進行實時估計；

步驟2.3：利用跟蹤微分器對角速度旋量誤差進行平滑處理；

步驟2.4：將步驟2.2所述的擴張狀態觀測器估計出的系統擾動與步驟2.3所述的跟蹤微分器產生的跟蹤信號進行組合，得到控制系統最終的控制量，實現對復雜非線性系統的良好控制，降低環境擾動對系統控制精度的影響，從而實現探測器精確懸停在預定懸停點。

2.如權利要求1所述的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：步驟2.1具體實現方法為，

控制目標是使跟蹤目標值，趨于0；影響小天體懸停姿軌一體動力學系統輸出的各種擾動包括由于燃料消耗對偶慣量矩陣的變化和外界復雜環境帶來的干擾；

期望達到狀態對應的誤差對偶四元數為，為了達到利用虛擬控制量驅動的目的，設計虛擬控制量的形式如下

其中fal(e，τ_i，δ_i)，i＝1，2，3為非線性函數，表達式為

α₁，τ₁，δ₁為待整定的參數，通過調整待整定的參數α₁，τ₁，δ₁，使能夠實現對的實時跟蹤。

3.如權利要求2所述的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：步驟2.2具體實現方法為，

針對式的第二式給出擴張狀態觀測器的形式

其中，，為觀測器的輸出，h₁為觀測器采樣周期，β₀₁，β₀₂，τ₂，δ₂為待整定參數，通過調整待整定參數β₀₁，β₀₂，τ₂，δ₂，實現對步驟2.1所述的對偶慣量矩陣的變化和外界復雜環境帶來的干擾實時估計。

4.如權利要求3所述的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：步驟2.3具體實現方法為，

利用如公式所示跟蹤微分器對角速度旋量誤差進行平滑處理；

其中，fhan(x₁，x₂，r，h)為最速跟蹤控制綜合函數，參數r₀為跟蹤微分器的快速因子，參數h₀為跟蹤微分器的濾波因子，h₂為積分步長，其表達式為

5.如權利要求4所述的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：步驟2.4具體實現方法為，

對于步驟1所述的小天體懸停姿軌一體動力學系統，將步驟2.2所述的擴張狀態觀測器估計出的系統擾動與步驟2.3所述的跟蹤微分器產生的跟蹤信號進行組合，得到控制系統最終控制律為

其中，α₂，τ₃，δ₃為待整定的參數；

通過調整待整定參數α₂，τ₃，δ₃得到控制系統最終的控制量，實現對復雜非線性系統的良好控制，降低環境擾動對系統控制精度的影響，從而實現探測器精確懸停在預定懸停點。