[發明專利]一種基于牛頓迭代的火星探測器二次制動捕獲控制方法

有效

• 申請號: 202010120460.3
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111414002B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 馮建軍;魯啟東;印興峰;施桂國;劉付成;姜麗輝
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

1.一種基于牛頓迭代的火星探測器二次制動捕獲控制方法，其特征在于捕獲制動期間火星探測器發生故障后，星上計算機復位，之后，采用基于牛頓迭代捕獲制動優化方法，對火星探測器進行二次制動，具體二次制動方法步驟如下：

(2.1)、將勻角速率、姿態指向、點火時長作為捕獲制動控制參數，根據預設的勻角速率初值α、姿態指向初值β、制動后出現故障時刻相對于制動發動機開機時刻的持續時間t，計算勻角速率迭代初始值α₀和姿態指向迭代初始值β₀；

勻角速率迭代初始值α₀為：α₀＝α；

姿態指向迭代初始值β₀為：β₀＝β+αt；

(2.2)、設置勻角速率迭代變量的初始變化值為Δα，設置姿態指向迭代變量的初始變化值為Δβ，計算二次捕獲勻角速率迭代變量偏差參數α₀′＝α₀+Δα，二次捕獲姿態指向迭代變量偏差參數β'₀＝β₀+Δβ；

(2.3)、將勻角速率迭代初始值α₀、姿態指向迭代初始值β₀、二次捕獲勻角速率迭代變量偏差參數α₀′，二次捕獲姿態指向迭代變量偏差參數β'₀分成三組，分別記為：第一參數組par1＝[α₀,β₀]、第二參數組par2＝[α₀′,β₀]和第三參數組par3＝[α₀,β₀′]；

(2.4)、將第一參數組、第二參數組、第三參數組分別代入二次捕獲制動動力學方程中對時間進行積分，終止條件為積分后的位置速度轉為軌道參數時得到的軌道偏心率達到目標軌道偏心率，求解得第一參數組、第二參數組、第三參數組對應的制動到目標軌道的點火時長dt1、dt2、dt3；

所述二次捕獲制動動力學方程為：

其中，R_m為火星半徑，F_x,F_y,F_z為推力在慣性坐標系中的三個分量，m為探測器的質量，J₂為火星二階帶諧項系數，μ為火星引力常數，T為制動捕獲推力大小，I_sp為發動機的比沖，g₀為重力加速度；x,y,z為探測器在火星慣性坐標系下的位置，v_x,v_y,v_z為探測器在火星慣性坐標系下的速度；

(2.5)、設目標函數為G＝(rp-rpm)²+dt，其中rp為制動后的近火點半徑，rpm為目標近拱點半徑，dt為二次捕獲制動的點火時長；

(2.6)、將第一參數組、第二參數組、第三參數組對應的制動到目標軌道的點火時長dt1、dt2、dt3代入上述目標函數，求解得到第一參數組、第二參數組、第三參數組對應的第一目標函數值G1、第二目標函數值G2、第三目標函數值G3：

G₁＝(rp₁-rpm)²+dt₁

G₂＝(rp₂-rpm)²+dt₂

G₃＝(rp₃-rpm)²+dt₃

(2.7)、計算目標函數的偏導數

(2.8)、若以第一參數組計算得到的近火點高度與目標近火點高度的偏差在預設范圍內，將此時的二次制動捕獲勻角速率α₀′、二次制動捕獲初始姿態β₀′、二次制動捕獲點火時長dt作為當前二次制動捕獲參數，用于軌道控制；否則，更新勻角速率迭代初始值α₀、姿態指向迭代初始值β₀，重新回到步驟(2.2)開始執行；

所述步驟(2.8)的更新步驟為：

w₁為第一偏導系數和w₂為第二偏導系數。