[發(fā)明專利]一種比例積分型事件觸發(fā)航天器姿態(tài)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110726476.3
• 申請(qǐng)日: 2021-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113608540B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史大威;宋繼良;李雙汐;李春暉;王軍政
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 田亞琪

本發(fā)明公開(kāi)了一種比例積分型事件觸發(fā)航天器姿態(tài)控制方法，一、基于四元數(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，構(gòu)建衛(wèi)星姿態(tài)跟蹤誤差系統(tǒng)模型；二、根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)跟蹤誤差系統(tǒng)模型，確定姿態(tài)跟蹤誤差系統(tǒng)擴(kuò)張狀態(tài)，設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；三、利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到系統(tǒng)觀測(cè)狀態(tài)，設(shè)計(jì)基于系統(tǒng)觀測(cè)狀態(tài)的反饋控制器；四、基于反饋控制器輸出信號(hào)的采樣誤差，設(shè)計(jì)比例積分型事件觸發(fā)策略用于決定是否更新航天器姿態(tài)的控制信號(hào)；本發(fā)明能夠?qū)雇獠凯h(huán)境干擾與內(nèi)部不確定性對(duì)航天器姿態(tài)的干擾，同時(shí)減少航天器姿態(tài)控制中不必要的信號(hào)傳遞，在節(jié)省有限的星上通信資源的同時(shí)保證姿態(tài)控制性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于事件觸發(fā)控制與航天器姿態(tài)控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種比例積分型事件觸發(fā)航天器姿態(tài)控制方法。

背景技術(shù)

航天器姿態(tài)控制是航天器在軌運(yùn)行順利執(zhí)行各類任務(wù)的關(guān)鍵前提。在軌運(yùn)行的航天器，為了完成各類任務(wù)，需要運(yùn)行在一定的參考姿態(tài)下，保證航天器上的載荷能夠工作。同時(shí)，由于各類空間環(huán)境攝動(dòng)以及航天器自身不確定性的影響，航天器姿態(tài)容易因干擾而發(fā)生改變，需要定期進(jìn)行控制以保持姿態(tài)穩(wěn)定。隨著航天器編隊(duì)技術(shù)的發(fā)展，編隊(duì)航天器之間穩(wěn)定通信的需要為航天器姿態(tài)控制提出了更高的要求。現(xiàn)有航天器大多星上資源有限，且剛性航天器的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程具有高度耦合的非線性特性，控制系統(tǒng)可能會(huì)受到外部干擾及內(nèi)部不確定性的影響，這使得航天器的高精度姿態(tài)控制極具挑戰(zhàn)。

針對(duì)考慮事件觸發(fā)的航天器姿態(tài)控制方法，據(jù)調(diào)查與了解，目前公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)如下：申請(qǐng)公布號(hào)CN109471448的發(fā)明專利公開(kāi)了一種基于事件驅(qū)動(dòng)的柔性航天器姿態(tài)控制方法，但該方法所設(shè)計(jì)事件觸發(fā)條件相對(duì)復(fù)雜，且并未考慮存在外部干擾的情況；申請(qǐng)公布號(hào)CN107589671的發(fā)明專利公開(kāi)了一種基于事件驅(qū)動(dòng)的衛(wèi)星姿態(tài)控制方法，采用了混合事件驅(qū)動(dòng)條件，但是同樣未考慮外部干擾存在的情況；申請(qǐng)公布號(hào)CN112363522的發(fā)明專利公布了一種基于混雜強(qiáng)制型感測(cè)器的網(wǎng)絡(luò)化航天器姿態(tài)控制方法，其利用靜態(tài)事件觸發(fā)機(jī)制，避免了觀測(cè)器中大量數(shù)據(jù)的傳輸，并克服了非線性不確定項(xiàng)的影響，提高了航天器姿態(tài)跟蹤系統(tǒng)的魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種比例積分型事件觸發(fā)航天器姿態(tài)控制方法，能夠?qū)雇獠凯h(huán)境干擾與內(nèi)部不確定性對(duì)航天器姿態(tài)的干擾，同時(shí)減少航天器姿態(tài)控制中不必要的信號(hào)傳遞，在節(jié)省有限的星上通信資源的同時(shí)保證姿態(tài)控制性能。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種比例積分型事件觸發(fā)航天器姿態(tài)控制方法，包括以下步驟：

步驟一、基于四元數(shù)的衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，構(gòu)建衛(wèi)星姿態(tài)跟蹤誤差系統(tǒng)模型；

步驟二、根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)跟蹤誤差系統(tǒng)模型，確定姿態(tài)跟蹤誤差系統(tǒng)擴(kuò)張狀態(tài)，設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；

步驟三、利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到系統(tǒng)觀測(cè)狀態(tài)，設(shè)計(jì)基于系統(tǒng)觀測(cè)狀態(tài)的反饋控制器；

步驟四、基于反饋控制器輸出信號(hào)的采樣誤差，設(shè)計(jì)比例積分型事件觸發(fā)策略用于決定是否更新航天器姿態(tài)的控制信號(hào)。

進(jìn)一步地，若比例積分型事件觸發(fā)條件滿足時(shí)，采樣器對(duì)反饋控制器的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，若比例積分型事件觸發(fā)條件未滿足，則航天器姿態(tài)的控制信號(hào)通過(guò)零階保持器對(duì)上次觸發(fā)傳遞而來(lái)的信號(hào)進(jìn)行保持得到。

進(jìn)一步地，所述比例積分型事件觸發(fā)條件通過(guò)對(duì)比反饋控制器輸出信號(hào)采樣誤差和輸出信號(hào)采樣誤差關(guān)于時(shí)間的積分值的大小，判斷何時(shí)進(jìn)行觸發(fā)，并更新控制信號(hào)，利用經(jīng)零階保持器保持后的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的控制，使得姿態(tài)跟蹤誤差收斂。

進(jìn)一步地，所述比例積分型事件觸發(fā)條件如下：

t_k+1,i＝min{t_k,i+θ_k,i,t_k,i+T_i},i＝1,...,n