[發明專利]末端自由邊界約束下的三軸姿態運動軌跡規劃系統及方法

有效

• 申請號: 201910403180.0
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110162070B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 王楷;陳守磊;劉新彥;湯亮;嚴欣穎;王浩;薛雅心
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐輝

1.一種末端自由邊界約束下的三軸姿態運動軌跡規劃系統，其特征在于，包括姿態機動時間估計模塊(101)、平滑權重函數計算模塊(102)、指令姿態計算模塊(103)、指令變量計算模塊(104)；

姿態機動時間估計模塊(101)獲取姿態機動開始時刻的衛星的標稱姿態信息和目標姿態信息，計算獲得姿態機動加、減速的時間長度T₁，勻速滑行時間長度T₂；

平滑權重函數計算模塊(102)根據姿態機動加、減速的時間長度T₁，勻速滑行時間長度T₂實時計算平滑權重函數s及其一階導數二階導數

指令姿態計算模塊(103)實時獲取衛星的姿態信息，根據平滑權重函數s及其一階導數二階導數計算指令姿態角、姿態角速率以及姿態角加速率；

指令變量計算模塊(104)根據指令姿態角、姿態角速率以及姿態角加速率計算本體系相對于慣性系的姿態指令四元數q_BICmd，本體系相對于慣性系的姿態指令角速度ω_BICmd，本體系下的前饋補償力矩T_BCmd，并輸出至星上控制器。

2.根據權利要求1所述的末端自由邊界約束下的三軸姿態運動軌跡規劃系統，其特征在于，姿態機動時間估計模塊(101)計算獲得姿態機動加、減速的時間長度T₁，勻速滑行時間長度T₂的方法為：

1.1獲取開始時刻的衛星的姿態信息，包括：開始時刻t₀，標稱的滾動、俯仰、偏航三軸姿態角θ_C0、ψ_C0、滾動、俯仰、偏航姿態角速率滾動、俯仰、偏航姿態角加速率目標的滾動、俯仰、偏航三軸姿態角θ_T0、ψ_T0、目標滾動、俯仰、偏航姿態角速率目標滾動、俯仰、偏航姿態角加速率

1.2分別計算滾動姿態機動加、減速的時間與均加速時間之和的長度俯仰姿態機動加、減速的時間與均加速時間之和的長度T_12θ，偏航姿態機動加、減速的時間與均加速時間之和的長度T_12ψ，具體計算公式如下：

其中，分別為姿態機動過程中滾動、俯仰、偏航指令姿態角速率的限幅值，α為安全系數；

1.3分別計算滾動、俯仰、偏航姿態機動加、減速的時間長度T_1θ、T_1ψ，具體計算公式如下：

其中，分別為姿態機動過程中滾動、俯仰、偏航指令姿態角加速率的限幅值；T_12max為滾動、俯仰、偏航姿態機動加、減速的時間與均加速時間之和的長度的最大值，具體計算公式為

1.4計算姿態機動加、減速的時間長度T₁，勻速滑行時間長度T₂，具體計算方法為：如果T_12max＞T_1max，則T₁＝T_1max，T₂＝T_12max-T₁；否則，T₁＝T_12max，T₂＝0；其中，T_1max為滾動、俯仰、偏航姿態機動加、減速的時間長度的最大值，具體計算公式為：

3.根據權利要求2所述的末端自由邊界約束下的三軸姿態運動軌跡規劃系統，其特征在于，平滑權重函數計算模塊(102)計算平滑權重函數s及其一階導數二階導數的具體方法為：

如果τ≥0且τ＜T₁，則

如果τ≥T₁且τ＜T₁+T₂，則

如果τ≥T₁+T₂且τ＜2T₁+T₂，則

其中，時間變量τ，等于t-t₀，t為星上時刻；參數m等于140/(T₁(T₁+T₂))。