[發(fā)明專利]部分狀態(tài)未知下的空間繩系系統(tǒng)快速定向部署方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111007946.7
• 申請(qǐng)日: 2021-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113800007B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃攀峰;胡永新;張帆;沈剛輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24
• 代理公司: 西安凱多思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

1.一種部分狀態(tài)未知下的空間繩系系統(tǒng)快速定向部署方法，其特征在于包括下述步驟：

1)建立繩系系統(tǒng)相對(duì)目標(biāo)軌道動(dòng)力學(xué)方程；

2)建立繩系系統(tǒng)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程；

3)設(shè)計(jì)空間繩系系統(tǒng)位置擴(kuò)張觀測(cè)器；

取Δ_p為擴(kuò)張狀態(tài)，則擴(kuò)張觀測(cè)器設(shè)計(jì)如下：

其中，x_p1，x_p2，x_p3分別為ξ_p，和Δ_p的估計(jì)值，為x_p1的一階導(dǎo)數(shù)，為x_p2的一階導(dǎo)數(shù)，為x_p3的一階導(dǎo)數(shù)，f_p(ξ_p,x_p2)為的估計(jì)量，ω₀為觀測(cè)器帶寬；

定義觀測(cè)器誤差為且有構(gòu)造新的觀測(cè)器誤差為得到觀測(cè)器誤差動(dòng)力學(xué)方程如下：

其中，和分別為和的第j個(gè)元素，且j＝1，2，3；Α為與狀態(tài)相關(guān)的系數(shù)矩陣，B₁和B₂分別為與速度相關(guān)的系數(shù)向量和與不確定項(xiàng)相關(guān)的系數(shù)向量；

假設(shè)存在正數(shù)C₁，使得下式成立：

則選擇觀測(cè)器帶寬為：

4)設(shè)計(jì)位置虛擬控制率α_c；

分別定義位置跟蹤誤差e₁和e₂為：e₁＝ξ_p-ξ_p,d，e₂＝x_p2-α_c，其中ξ_p,d為空間繩系系統(tǒng)期望位置，α_c為虛擬控制率；虛擬控制率α_c為：

其中，為ξ_p,d的一階導(dǎo)數(shù)，K₁為正定對(duì)角矩陣，為的觀測(cè)偏差，且定義為

5)設(shè)計(jì)位置控制率u_p；

對(duì)α_c求一階導(dǎo)可得：

由于不能直接測(cè)量得到，因而將其觀測(cè)值x_p2取代得到的估計(jì)為：

控制器u_p設(shè)計(jì)如下：

其中，K₂為正定矩陣，且滿足為正定矩陣；

6)姿態(tài)指令設(shè)計(jì)；

定義抓捕器視線偏角γ_g為抓捕機(jī)構(gòu)到目標(biāo)質(zhì)心矢量與手爪本體系x軸方向夾角，則：

γ_g＝arccos((C_Iv,gi_x)^T(C_Ib,gi_x))

其中，C_Iv,g為慣性坐標(biāo)系相對(duì)空間繩系系統(tǒng)視線坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；C_Ib,g為慣性坐標(biāo)系相對(duì)空間繩系系統(tǒng)本體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，i_x為x軸向單位矩陣，且有i_x＝[1 0 0]^T，則：

當(dāng)θ_g＝-β₀，ψ_g＝α₀時(shí)，cos(γ_g)＝1，此時(shí)γ_g＝0，此時(shí)繩系系統(tǒng)軸線指向目標(biāo)質(zhì)心，目標(biāo)最不容易脫離繩系系統(tǒng)的視場(chǎng)范圍；

因而設(shè)計(jì)姿態(tài)角指令為且有：

7)設(shè)計(jì)空間繩系系統(tǒng)姿態(tài)干擾觀測(cè)器；

定義姿態(tài)跟蹤偏差為：

e_a＝ξ_ad-ξ_a

定義滑模面為：

其中，為e_a的一階導(dǎo)數(shù)Λ為正定矩陣，為ξ_a的一階導(dǎo)數(shù)，為ξ_ad的一階導(dǎo)數(shù)；

設(shè)計(jì)s的觀測(cè)器為：

其中，為s的觀測(cè)值，為的一階導(dǎo)數(shù)，為ξ_ad的二階導(dǎo)數(shù)，為s的觀測(cè)偏差，k＝diag[k₁k₂k₃]，n＝diag[n₁n₂n₃]，為觀測(cè)器待設(shè)計(jì)參數(shù)；

設(shè)計(jì)干擾觀測(cè)器如下：

其中，為γ的一階導(dǎo)數(shù)，C＝[c₁,c₂,c₃]為的上界；

觀測(cè)器參數(shù)k和n選擇如下：

8)設(shè)計(jì)姿態(tài)控制率u_a

則姿態(tài)控制率設(shè)計(jì)如下：

其中，k₀為正定矩陣，η_d為的上界，即：為γ的觀測(cè)偏差；

通過(guò)步驟8空間繩系系統(tǒng)姿態(tài)控制器計(jì)算出期望控制力矩，空間繩系系統(tǒng)的執(zhí)行器輸出期望控制力矩，實(shí)現(xiàn)期望姿態(tài)軌跡的跟蹤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間繩系系統(tǒng)的定向部署。