[發明專利]一種小天體著陸定推力軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201910579984.6
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110239744B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 秦同;喬棟;李翔宇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.小天體著陸定推力軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟1：基于多項式加速度預設滿足終端位置和速度約束的著陸標稱軌跡；

步驟2：根據探測器當前時刻的實際軌跡與著陸標稱軌跡之差計算當前時刻需要的速度增量；

步驟3：根據發動機推力大小與步驟2中獲得的當前時刻速度增量計算各方向推力發動機的開機時長；

步驟4：根據步驟3獲得的三個方向的發動機開機時長后，在控制周期內施加相應時長的控制力，獲得需要的速度增量，利用獲得的速度增量實現單個控制周期內探測器對標稱軌跡的跟蹤控制；

其中，步驟1實現方法為，

將標稱軌跡在不同時刻的加速度設為著陸時間的一次多項式，如式(1)所示；

a＝c₀+c₁t (1)

式中，a為加速度矢量，c₀，c₁為多項式系數，t為著陸時間；將式(1)進行一次積分與兩次積分，分別得到標稱軌跡的速度與位置隨時間的變化關系，如式(2)、(3)所示；

式中，r、v為探測器標稱軌跡的位置與速度矢量，r₀、v₀為探測器標稱軌跡的初始位置與速度矢量，由任務設計獲得，在此視為已知量；

著陸終端時刻為t_f，終端時刻的位置與速度矢量分別為r_f、v_f，代入式(2)、(3)能夠解算得到滿足終端位置速度約束的多項式系數，如式(4)、(5)所示；

將式(4)、(5)代入式(1)～(3)即獲得滿足終端位置和速度約束的探測器著陸標稱軌跡。

2.如權利要求1所述的小天體著陸定推力軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：還包括步驟5，根據探測任務需求將著陸過程分為多個控制周期，在每個控制周期內重復步驟1至步驟4，在每個控制周期內利用定推力控制方法，實現對應的單個控制周期內探測器對標稱軌跡的跟蹤控制，完成多個控制周期跟蹤控制后，既能夠使得著陸器從繞飛軌道到達目標采樣點，且到達目標采樣點時的速度滿足任務給定的約束要求。

3.如權利要求2所述的小天體著陸定推力軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：步驟2實現方法為，

探測器t_k時刻的實際位置速度分別為控制的目的是通過在當前時刻施加控制使探測器運動到下一個時刻時具有與標稱軌跡相同的位置，所述當前時刻即t_k時刻，所述下一個時刻即t_k+1時刻；t_k+1時刻標稱軌跡上的位置為r_k+1、因此探測器在當前時刻需要的速度增量需滿足式(7)要求；

式中，Δv_k即為t_k時刻需要的控制速度增量，Δt為控制周期，即t_k時刻與t_k+1時刻的時間間隔，a_A為小天體的自然引力，為已知量；通過式(7)即能夠解算得到當前時刻所需的速度增量，如式(8)所示；

由于速度是位置的微分，因此當探測器實現對標稱軌跡位置的跟蹤之后，探測器速度也能夠跟蹤上標稱軌跡的速度，即實現根據探測器當前時刻的實際軌跡與著陸標稱軌跡之差計算當前時刻需要的速度增量。

4.如權利要求3所述的小天體著陸定推力軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：步驟3實現方法為，

探測器發動機推力為T，由于不同時刻探測器的速度增量Δv_k為變化的，因此需通過調整發動機的開機時長獲得不同大小的速度增量，即根據公式(9)通過速度增量計算三軸發動機的開機時長，以獲得需要的速度增量；

式中，Δv_x、Δv_y、Δv_z為步驟2中獲得的速度增量Δv_k三軸分量，t_xon、t_yon、t_zon為對應的三軸發動機的開機時長。