[發(fā)明專(zhuān)利]一種小天體探測(cè)器繞飛軌道跟蹤控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011079369.8
• 申請(qǐng)日: 2020-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112214890B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚文龍;楊珂;邵巍;池榮虎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);青島科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;B64G1/24;G06F119/14
• 代理公司: 青島中天匯智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團(tuán)代

1.一種小天體探測(cè)器繞飛軌道跟蹤控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)未知擾動(dòng)的小天體探測(cè)器環(huán)繞動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)非線(xiàn)性擾動(dòng)觀測(cè)器對(duì)小天體探測(cè)器受到的外部環(huán)境擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)，并觀測(cè)其動(dòng)態(tài)特性并補(bǔ)償?shù)娇刂破鳎?/p>

其中，

為擾動(dòng)估計(jì)值組成的向量；

M為非線(xiàn)性擾動(dòng)觀測(cè)器的中間向量；

Q₁∈R^3×3為正定參數(shù)矩陣；

ω表示目標(biāo)小天體自轉(zhuǎn)角速度矢量；

v＝[v_x,v_y,v_z]^T表示探測(cè)器在小天體中心固連坐標(biāo)下的速度矢量；

r＝[x,y,z]^T表示探測(cè)器在小天體中心固連坐標(biāo)下的位置矢量；

g(r)表示探測(cè)器在對(duì)應(yīng)位置下的引力場(chǎng)；

τ＝[τ₁,τ₂,τ₃]^T表示動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)滑模控制器的輸出，為x，y，z三軸上的控制力加速度τ₁，τ₂，τ₃組成的控制向量；

步驟2、設(shè)計(jì)自適應(yīng)律對(duì)擾動(dòng)觀測(cè)器輸出的觀測(cè)誤差界進(jìn)行估計(jì)：

e_v＝v-v_d；

其中，

e_v為速度誤差矢量；

v_d為探測(cè)器的期望速度矢量；

z_d為擾動(dòng)加速度矢量；

Θ(e_v)＝diag{tanh(e_vx/ε₁),tanh(e_vy/ε₂),tanh(e_vz/ε₃)}∈R³；

ε₁、ε₂、ε₃為可調(diào)整的參數(shù)；

Γ＝diag{γ₁,γ₂,γ₃}∈R^3×3、Λ＝diag{σ₁,σ₂,σ₃}∈R^3×3均為正定參數(shù)對(duì)角陣；

為的先驗(yàn)估計(jì)，i＝x,y,z；

為擾動(dòng)觀測(cè)誤差組成的向量；

為擾動(dòng)觀測(cè)誤差的上界組成的向量；

為擾動(dòng)觀測(cè)誤差的上界的估計(jì)值組成的向量；

步驟3、通過(guò)動(dòng)態(tài)面技術(shù)來(lái)解決在自適應(yīng)律設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)虛擬控制量進(jìn)行求導(dǎo)產(chǎn)生的微分爆炸問(wèn)題：

v_d(0)＝α₁(0)；

其中，

T_L為濾波器時(shí)間常數(shù)；

α₁為虛擬控制量，α₁的一階低通濾波器輸出為v_d；

v_d(0)為v_d初始值；

α₁(0)為α₁初始值；

步驟4、設(shè)計(jì)與代替符號(hào)函數(shù)的雙曲正切函數(shù)相結(jié)合的控制器：

e_r＝r-r_d；

其中，

r_d為探測(cè)器的期望位置矢量；

Θ(e_v)＝diag{tanh(e_vx/ε₁),tanh(e_vy/ε₂),tanh(e_vz/ε₃)}∈R³；

ε₁、ε₂、ε₃為可調(diào)整的參數(shù)；

Q₃∈R^3×3為正定參數(shù)矩陣；

e_r為位置誤差矢量；

步驟5、將動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)滑模控制器的輸出τ作為偽速率調(diào)制器的輸入，使得偽速率調(diào)制器輸出驅(qū)動(dòng)推力器工作的調(diào)諧振蕩脈沖，使推力器在翻滾軸、航向軸、俯仰軸上產(chǎn)生控制力矩抵消干擾力矩，從而有效削弱外部干擾對(duì)探測(cè)的影響，提高軌道跟蹤控制精度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：步驟5的控制律設(shè)計(jì)如下：

步驟2.1、在傳統(tǒng)反演法步驟4的基礎(chǔ)上選擇李雅普諾夫函數(shù)：

對(duì)選擇的李雅普諾夫函數(shù)兩邊同時(shí)關(guān)于時(shí)間求導(dǎo)：

其中，

Q₂∈R^3×3表示設(shè)計(jì)的正定矩陣；

假設(shè)z_d已知，可設(shè)計(jì)如下控制律：

可得當(dāng)滿(mǎn)足下式時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定：

其中，Q₃為正定參數(shù)對(duì)角陣；

步驟2.2、重新定義小天體探測(cè)器的速度誤差向量：

e_v＝v-v_d；

采用滑模對(duì)控制律進(jìn)行設(shè)計(jì)：

其中，

Sgn(e_v)＝diag{sgn(e_vx),sgn(e_vy),sgn(e_vz)}∈R³，sgn(·)為符號(hào)函數(shù)，e_vi是e_vx軸，y軸，z軸上的分量，i＝x,y,z；

為外部擾動(dòng)的上界；

進(jìn)而通過(guò)權(quán)利要求1中所設(shè)計(jì)的擾動(dòng)觀測(cè)器將控制律改寫(xiě)為：

結(jié)合雙曲正切函數(shù)的自適應(yīng)律來(lái)對(duì)控制律進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的控制律如下：