[發明專利]一種對組合體航天器全部質量參數辨識的姿軌耦合控制方法

有效

• 申請號: 202011362675.2
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112478200B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 段廣仁;趙琴
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

一種對組合體航天器全部質量參數辨識的姿軌耦合控制方法，它屬于航天器控制技術研究領域。本發明解決了現有方法對質量參數辨識和姿軌耦合控制的效率低下、無法辨識全部質量參數的問題。本發明在利用自適應律估計組合體航天器全部質量參數的同時，還能通過控制器來實現姿軌耦合控制。實驗結果表明，本發明提供的方法既可以保證組合體航天器的全部質量參數收斂到真實值，同時還能實現姿態和軌道軌跡跟蹤，采用本發明方法可以使組合體航天器的相對位置、相對速度、相對姿態、相對角速度在約1000s時收斂到零，提高了對質量參數辨識和姿軌耦合控制的效率，同時可以辨識出全部質量參數。本發明可以應用于組合體航天器質量參數辨識和姿軌耦合控制。

技術領域

本發明屬于航天器控制技術研究領域，具體涉及一種對組合體航天器全部質量參數辨識的姿軌耦合控制方法。

背景技術

空間在軌服務可以用來延長航天器的使用壽命、增強航天器的性能等，具有重要的經濟價值。空間非合作目標，一般是指形態結構、運行狀態、特性參數等未知或者在測量、行為上不配合的在軌航天器，包括故障航天器、太空垃圾以及敵對航天器等。航天器的質量參數包括質量、轉動慣量和質心位置。由于非合作目標的質量參數未知，導致服務航天器捕獲非合作目標后形成的組合體航天器質量參數未知，能否辨識出組合體航天器的質量參數，直接關乎后續空間任務能否準確完成。

航天器的軌道和姿態存在著復雜的耦合關系，主要來自于航天器姿態動力學和軌道動力學之間的耦合關系，以及執行機構安裝帶來的姿態與軌道控制系統的耦合。航天器姿軌耦合控制具有效率高、機動性強和控制精度高等突出優點。姿態和軌道控制不應該割裂開來，而是應該作為一個整體來對待。

針對組合體航天器的質量參數辨識和姿軌耦合控制，雖然目前已有有效的研究框架，但是現有解決方案仍有提升空間，具體表現為，現有方法先直接設計估計器辨識全部的質量參數，然后再設計控制器對組合體航天器進行姿軌耦合控制，或者是，即使能夠同時進行質量參數辨識和姿軌耦合控制，但不能辨識出全部的質量參數。這會導致辨識和控制效率低下，或無法辨識全部的質量參數，最后會影響組合體航天器快速準確地完成后續空間任務。因此，設計一個能夠辨識組合體航天器的全部質量參數的姿軌耦合控制器，保證組合體航天器快速準確地完成空間任務，是十分有意義的。

發明內容

本發明的目的是為解決現有方法對質量參數辨識和姿軌耦合控制的效率低下、無法辨識全部質量參數的問題，而提出了一種對組合體航天器全部質量參數辨識的姿軌耦合控制方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：一種對組合體航天器全部質量參數辨識的姿軌耦合控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、建立組合體航天器的相對姿軌耦合動力學方程；

步驟二、根據步驟一中建立的相對姿軌耦合動力學方程，得到與質量參數估計誤差相關的中間變量ε_j的表達式；

步驟三、選擇并存儲推力器輸出數據和回歸矩陣數據；

步驟四、根據是否滿足質量參數辨識的充分條件，利用步驟三存儲的數據來計算組合體航天器控制系統的控制輸入和辨識全部質量參數。

本發明的有益效果是：本發明提出了一種對組合體航天器全部質量參數辨識的姿軌耦合控制方法，本發明在利用自適應律估計組合體航天器全部質量參數的同時，還能通過控制器來實現姿軌耦合控制。實驗結果表明，本發明提供的方法既可以保證組合體航天器的全部質量參數收斂到真實值，同時還能實現姿態和軌道軌跡跟蹤，采用本發明方法可以使組合體航天器的相對位置、相對速度、相對姿態、相對角速度在約1000s時收斂到零，提高了對質量參數辨識和姿軌耦合控制的效率，同時可以辨識出全部質量參數。

附圖說明

圖1為組合體航天器及執行機構安裝示意圖；