[發(fā)明專利]一種用于繩系拖曳離軌的系統(tǒng)組合體姿態(tài)協(xié)同控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110540149.9
• 申請(qǐng)日: 2021-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN113391638A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙國(guó)偉;孫亮;王凱旋;陽光烈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于繩系拖曳離軌的系統(tǒng)組合體姿態(tài)協(xié)同控制方法，包括以下幾部分內(nèi)容：

1)系統(tǒng)姿態(tài)控制：離軌推力的施加方向應(yīng)保持與兩星連線方向一致，以避免推力作用于系統(tǒng)一個(gè)擾動(dòng)力矩，導(dǎo)致系統(tǒng)姿態(tài)發(fā)生擺動(dòng)，因此，在施加離軌推力前需對(duì)系統(tǒng)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整；在確定離軌推力施加方向后，也就確定了系統(tǒng)姿態(tài)期望值，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制律，得到系統(tǒng)姿態(tài)機(jī)動(dòng)所需軌控推力的控制信號(hào)，通過任務(wù)星上軌控發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)姿態(tài)對(duì)期望值的跟蹤；

2)任務(wù)星姿態(tài)控制：任務(wù)星牽掛矢量與兩星連線的夾角會(huì)導(dǎo)致任務(wù)星上存在擾動(dòng)力矩，引起任務(wù)星姿態(tài)擺動(dòng)，夾角的大小與系統(tǒng)姿態(tài)及任務(wù)星姿態(tài)有關(guān)；定義適當(dāng)?shù)娜蝿?wù)星本體系與系統(tǒng)本體系，使得任務(wù)星姿態(tài)與系統(tǒng)姿態(tài)一致時(shí)，任務(wù)星牽掛矢量與兩星連線重合，系繩對(duì)任務(wù)星的作用力矩為零，此時(shí)，消除任務(wù)星牽掛矢量與兩星連線夾角的任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿蝿?wù)星姿態(tài)對(duì)系統(tǒng)姿態(tài)的跟蹤；以系統(tǒng)實(shí)際姿態(tài)作為任務(wù)星期望姿態(tài)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制律，得到任務(wù)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)所需姿控力矩的控制信號(hào)，通過任務(wù)星上姿控發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)量輪實(shí)時(shí)調(diào)整任務(wù)星姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)星姿態(tài)對(duì)系統(tǒng)姿態(tài)的跟蹤；

3)目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)抑制：為保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定并減少控制能耗，需要在保證任務(wù)星與目標(biāo)星保持一定安全距離的同時(shí)對(duì)目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)進(jìn)行抑制，由于目標(biāo)星無自主姿態(tài)調(diào)節(jié)控制能力，要對(duì)其進(jìn)行姿態(tài)穩(wěn)定控制，只能通過對(duì)系繩張力的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)姿態(tài)變化過程中系繩方向發(fā)生改變，導(dǎo)致目標(biāo)星上作用力矩發(fā)生變化從而引起目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)，目標(biāo)星牽掛矢量與系繩之間的夾角越大，擾動(dòng)力矩越大，目標(biāo)星擺動(dòng)也更加明顯，將目標(biāo)星牽掛矢量與系繩夾角作為控制量并考慮系繩長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制律，通過在任務(wù)星上配置響應(yīng)靈敏的系繩收放裝置對(duì)系繩張力進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系繩長(zhǎng)度控制及目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)抑制；

一種用于繩系拖曳離軌的系統(tǒng)組合體姿態(tài)協(xié)同控制方法，在工作過程中將第1)、第2)、第3)部分內(nèi)容中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)姿態(tài)控制、任務(wù)星姿態(tài)控制和目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)抑制結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組合體姿態(tài)協(xié)同控制；給定離軌推力施加方向之后，也便確定了系統(tǒng)姿態(tài)期望值，在系統(tǒng)姿態(tài)控制下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)姿態(tài)機(jī)動(dòng)，最終使得兩星連線方向與離軌推力施加方向保持一致,從而避免了因所施加的離軌推力方向不經(jīng)過質(zhì)心所引起的作用于系統(tǒng)的擾動(dòng)力矩和姿態(tài)擺動(dòng)；系統(tǒng)姿態(tài)機(jī)動(dòng)的過程中，任務(wù)星姿態(tài)以系統(tǒng)當(dāng)前姿態(tài)作為期望值，在任務(wù)星姿態(tài)控制下實(shí)時(shí)調(diào)整任務(wù)星姿態(tài)，使得任務(wù)星牽掛矢量與兩星連線夾角為0，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)姿態(tài)的跟蹤；系統(tǒng)姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中，系繩方向隨時(shí)發(fā)生變化，在目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)抑制下消除系統(tǒng)姿態(tài)機(jī)動(dòng)引起的目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)保持安全的星間距離。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于繩系拖曳離軌的系統(tǒng)組合體姿態(tài)協(xié)同控制方法，其特征在于：繩系拖曳離軌任務(wù)過程中，將第1)、第2)、第3)部分內(nèi)容中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)姿態(tài)控制、任務(wù)星姿態(tài)控制和目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)抑制結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組合體姿態(tài)協(xié)同控制；

在給定離軌推力施加方向之后，也便確定了系統(tǒng)姿態(tài)期望值，通過與系統(tǒng)姿態(tài)實(shí)際值進(jìn)行比較，得到系統(tǒng)姿態(tài)誤差，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制律，得到系統(tǒng)姿態(tài)控制信息，通過任務(wù)星上軌控發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)姿態(tài)對(duì)期望值的跟蹤；

進(jìn)行系統(tǒng)姿態(tài)機(jī)動(dòng)的同時(shí)，以系統(tǒng)姿態(tài)作為任務(wù)星期望姿態(tài)，通過與任務(wù)星姿態(tài)實(shí)際值比較得到任務(wù)星姿態(tài)誤差，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制律，得到任務(wù)星姿態(tài)控制信息，實(shí)現(xiàn)任務(wù)星姿態(tài)對(duì)系統(tǒng)姿態(tài)的跟蹤；

系統(tǒng)姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中系繩方向隨時(shí)發(fā)生改變，導(dǎo)致目標(biāo)星所受力矩發(fā)生變化，引起目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)。將目標(biāo)星牽掛矢量與系繩夾角α作為控制量，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制律，實(shí)現(xiàn)組合體姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中的目標(biāo)星姿態(tài)擺動(dòng)抑制及星間安全距離保持。