[發(fā)明專利]一種空間多機(jī)器人協(xié)同操作的分布式能量均衡方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010514075.7
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111633656B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常海濤;黃攀峰;劉正雄;張帆;馬志強(qiáng);孟中杰;張夷齋
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種空間多機(jī)器人協(xié)同操作的分布式能量均衡方法，在多控制單元控制的航天系統(tǒng)中，執(zhí)行大角度姿態(tài)機(jī)動或長時(shí)間受到非零干擾力矩的累積作用等情況下，僅采用力矩控制單元可能導(dǎo)致飛輪角動量的飽和，因此需要借助推力器等提供外力矩，實(shí)現(xiàn)飛輪角動量卸載。傳統(tǒng)方法采用集中式方法，利用中心控制器同時(shí)控制反作用飛輪和推力器實(shí)現(xiàn)飛輪去飽和控制。分布式多控制單元航天器系統(tǒng)中，控制單元均為分布式連接，采用集中式方法會導(dǎo)致中心控制單元的通信量的增加。本發(fā)明采用去中心化的分布式方法，可以避免對中心控制單元的依賴，提升了系統(tǒng)靈活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器控制領(lǐng)域，涉及一種空間多機(jī)器人協(xié)同操作的分布式能量均衡方法，具體涉及多個(gè)控制單元，其中包含推力控制單元和力矩控制單元兩類，各控制單元利用分布式信息交互實(shí)現(xiàn)其中的反作用飛輪的角動量卸載。

背景技術(shù)

在大型失效航天器在軌服務(wù)和多細(xì)胞航天器協(xié)同控制中，需要用到多個(gè)控制單元，這些控制單元可以是執(zhí)行空間在軌服務(wù)的不同空間機(jī)器人，也可以是空間細(xì)胞機(jī)器人系統(tǒng)中的細(xì)胞。當(dāng)多個(gè)控制單元組成的組合系統(tǒng)受到長時(shí)間的單向干擾力矩或者大角度姿態(tài)機(jī)動的時(shí)候，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)中反作用飛輪長時(shí)間/快速單向加速達(dá)到動量飽和狀態(tài)，為了恢復(fù)反作用飛輪的功能，需要借助推力器、系繩等其他外力控制機(jī)構(gòu)，將反作用飛輪的動量進(jìn)行卸載。不同與傳統(tǒng)航天器集中式的控制結(jié)構(gòu)，多控制單元對同一目標(biāo)/組合體進(jìn)行協(xié)同空間操作任務(wù)中，控制單元之間是分布式信息交互。為提升分布式系統(tǒng)的靈活性，需要適應(yīng)系統(tǒng)的分布式特性，設(shè)計(jì)分布式角動量卸載方法。

為了解決分布式多控制單元中反作用飛輪角動量卸載問題，本發(fā)明給出了一種分布式協(xié)商飛輪角動量卸載方法，利用控制單元之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中反作用飛輪的角動量卸載。該方法適用于控制單元之間不同的網(wǎng)絡(luò)狀連接拓?fù)洌苊饬酥行墓?jié)點(diǎn)的需求，可以靈活增加或減少系統(tǒng)中的控制單元數(shù)量及其連接構(gòu)型。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種空間多機(jī)器人協(xié)同操作的分布式能量均衡方法，實(shí)現(xiàn)空間分布式控制系統(tǒng)中反作用飛輪的角動量卸載，即通過空間分布式控制系統(tǒng)中多個(gè)控制單元的分布式信息交互，實(shí)現(xiàn)控制單元角動量卸載需求和外力控制單元執(zhí)行能力的匹配。

技術(shù)方案

一種空間多機(jī)器人協(xié)同操作的分布式能量均衡方法，其特征在于：系統(tǒng)中的控制單元分為推力控制單元和力矩控制單元，其中，系統(tǒng)中推力控制單元數(shù)量為m，每個(gè)單元包含推力器N個(gè)；力矩控制單元數(shù)量為n，每個(gè)力矩控制單元數(shù)量包含3個(gè)正交分布的反作用飛輪；采用列表L_f＝[ID_f1,ID_f2,...,ID_fm]，L_t＝[ID_t1,ID_t2,...,ID_tn]表示推力控制單元和力矩控制單元的ID值；方法步驟如下：

步驟1、初始化下列數(shù)據(jù)：

控制單元ID_i∈L_f或ID_i∈L_t，標(biāo)記列表x_i＝0_n×1；任務(wù)列表T_i＝0_4×n；任務(wù)隊(duì)列p_i為空隊(duì)列；評估列表y_i＝0_n×1，歸屬列表z_i＝0_n×1；任務(wù)反饋數(shù)據(jù)a_i＝0_3×n；本地輸出數(shù)據(jù)b_i＝0_N×n；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)記錄c_i＝0_n×1，信息交互計(jì)數(shù)u_i＝0；

同步開始記時(shí)s_i＝0；

步驟2：力矩控制單元角動量飽和檢測：