[發(fā)明專利]基于切換邊界補償?shù)男√祗w懸停常推力控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111132187.7
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113568314A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱圣英;隋志輝;李燾;崔平遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

1.基于切換邊界補償?shù)男√祗w懸停常推力控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、建立小天體定點懸停軌道動力學(xué)方程，得到懸停點附近探測器所受合外力產(chǎn)生加速度估計值h，并結(jié)合探測器懸停控制精度要求設(shè)置位置約束邊界；

步驟二、設(shè)計基于擬周期動態(tài)切換律的小天體懸停控制方法，求取漂移過程和主動控制過程的切換邊界，并根據(jù)切換邊界將懸停控制過程劃分為探測器常推力發(fā)動機安裝坐標(biāo)系各軸上的漂移過程和主動控制過程；

步驟三、根據(jù)步驟二設(shè)計的基于擬周期動態(tài)切換律的小天體懸停控制方法，通過漂移過程和主動控制過程隨時間的周期交替循環(huán)變化實現(xiàn)探測器懸停控制；

步驟四、針對不確定小天體引力場中漂移過程探測器狀態(tài)超出位置約束邊界和未達頂點邊界的兩種情況，使用最小二乘方法對漂移過程相軌跡進行擬合，預(yù)測漂移過程與x軸交點的位置，判斷是否需要對漂移過程相軌跡進行矯正；

步驟五、在步驟四漂移過程相軌跡擬合和頂點預(yù)測的基礎(chǔ)上，對出現(xiàn)增加燃料消耗和降低懸停精度情況的漂移過程進行邊界補償。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于切換邊界補償?shù)男√祗w懸停常推力控制方法，其特征在于：步驟四中采用擬周期動態(tài)切換律進行懸停軌道控制，由于小天體引力場的不確定性，當(dāng)進行飄移過程相軌跡擬合時，擬合后的相軌跡存在以下三種情況，其中情況①為：探測器狀態(tài)相軌跡在位置約束區(qū)間內(nèi)部過于遠(yuǎn)離控制約束邊界，該情況導(dǎo)致漂移過程時間變短，懸停所需燃料消耗增加；情況②為：漂移過程相軌跡頂點恰好在位置約束邊界上，探測器狀態(tài)為標(biāo)稱狀態(tài)；情況③為：探測器狀態(tài)相軌跡超出精度約束邊界，該情況導(dǎo)致探測器運動狀態(tài)長時間在約束邊界外，懸停精度降低；

為保證懸停控制順利實現(xiàn)，需要預(yù)測探測器漂移過程相軌跡與x軸交點的位置來判斷是否出現(xiàn)情況③超出位置約束邊界和情況①未達頂點邊界；對相軌跡頂點位置預(yù)測的方法如下：

拋物線狀漂移過程的相軌跡模型為

p、q為模型參數(shù)，在第I次觀測數(shù)據(jù)中，對漂移過程相軌跡進行擬合，擬合的誤差為

各觀測數(shù)據(jù)誤差平方和為

要使上述誤差和最小，根據(jù)極小值原理有

化簡后可得如下方程組

解上述方程組即可得到使R(p, q)最小的最小二乘估計值，從而得到探測器運動狀態(tài)相軌跡漂移過程擬合二次曲線：

其中，參數(shù)計算結(jié)果為：

。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于切換邊界補償?shù)男√祗w懸停常推力控制方法，其特征在于：步驟五中根據(jù)懸停位置探測器所受合外力估計值確定標(biāo)定漂移過程相軌跡，確定標(biāo)定漂移過程相軌跡頂點，即相軌跡與x軸的交點，在實際控制過程中，在漂移過程進行一段時間后，有足夠的數(shù)據(jù)進行軌跡預(yù)測，預(yù)測漂移過程頂點的位置；為判斷是否需要進行點火修正補償，定義頂點誤差容限，根據(jù)預(yù)報頂點位置和標(biāo)定漂移過程相軌跡頂點誤差是否在誤差容限內(nèi)確定得到修正策略；

修正點火的條件為

為漂移過程最大誤差容限；

針對探測器漂移過程頂點在標(biāo)定漂移過程相軌跡內(nèi)部的情況，點火時刻狀態(tài)記為，常推力發(fā)動機沿探測器所受合外力反向點火，點火時長近似為

針對探測器漂移過程頂點在標(biāo)定漂移過程相軌跡外部的情況，常推力發(fā)動機沿合外力方向點火，同理，點火時長為：

可得探測器本體坐標(biāo)系x,y,z三軸方向上 (i = x, y, z)小天體懸停自適應(yīng)邊界補償常推力控制方法修正點火策略控制律為

u為常推力控制力大小。