[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

本發明公開的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，特別涉及一種基于擴張狀態觀測器的小天體懸停姿軌一體控制方法，屬于深空探測領域。本發明實現方法包括如下步驟：步驟1，建立小天體懸停姿軌一體動力學模型；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。本發明能夠實現小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制，進而能夠獲得探測器相對目標懸停點的位置、速度以及姿態的全狀態高精度控制，滿足精確懸停任務需求。

技術領域

本發明涉及一種小天體懸停控制方法，特別涉及一種基于擴張狀態觀測器的小天體懸停姿軌一體控制方法，屬于深空探測領域。

背景技術

小天體懸停探測是小天體探測任務的一個關鍵內容，單純依靠地面觀測難以對目標小天體的物理參數進行精確測量，需要在目標小天體附近進行長時間懸停探測，利用星載相機和激光雷達對目標天體地形數據庫，不規則引力場，自旋狀態等相關物理參數進行在軌測量?？紤]到星載相機和激光雷達的指向需求，在傳統的僅對探測器進行軌道控制的基礎上，近年來各國研究人員針對小天體姿軌一體控制方法進行了大量研究。

在實際任務過程中，由于動力學模型中探測器質量、轉動慣量、引力場等參數存在不確定性和偏差，同時太陽光壓、第三體引力攝動等外界未知擾動也對探測器運動產生較大的影響，從而進一步增加探測器的控制難度。因此，設計一種抑制系統內部不確定性和外部擾動的控制器是實現小天體定點懸停的關鍵。

發明內容

為了抑制系統的不確定性和干擾，本發明公開的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法目的是：提供一種小天體懸停自抗擾姿軌一體控制方法，通過構造擴張狀態觀測器，對能夠影響系統輸出的各種擾動作用進行實時估計，并進行動態補償，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。

本發明目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，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并進行動態補償，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。

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