[發明專利]基于姿態旋轉矩陣的控制性能邊界設計方法、裝置及介質

有效

• 申請號: 202111593650.8
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114329943B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 岳程斐;霍濤;魯明;吳凡;劉明;邱實;王峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F17/16;G06F111/04;G06F111/10
• 代理公司: 西安維英格知識產權代理事務所(普通合伙) 61253
• 代理人: 歸瑩;沈寒酉

本發明實施例公開了一種基于姿態旋轉矩陣的控制性能邊界設計方法、裝置及介質；該方法包括：根據剛體本體系相對于慣性系的當前姿態旋轉矩陣和剛體本體系相對于慣性系的期望姿態旋轉矩陣獲取針對被控剛體的姿態誤差矩陣；根據所述姿態誤差矩陣生成姿態誤差函數；根據基于姿態旋轉矩陣的無窮小轉動的表達式計算姿態誤差函數的導數；利用叉乘運算和跡運算的性質化簡姿態誤差函數的導數并導出3維姿態誤差向量；根據設定的控制性能要求，對所述姿態誤差向量中的每個分量進行不等式約束；利用SO(3)上的平移不變度量將所述對姿態誤差向量中每個分量的不等式約束上界轉化為對被控剛體在所述控制性能要求下的姿態誤差邊界，即控制性能邊界。

技術領域

本發明實施例涉及航天器姿態控制技術領域，尤其涉及一種基于姿態旋轉矩陣的控制性能邊界設計方法、裝置及介質。

背景技術

針對剛體的姿態控制，在機器人、機械臂及航天器等相關領域有重要應用。以航天器為例，衛星在軌執行任務時需要進行定向、跟蹤、捕獲等各種姿態機動。而目前常規的姿態控制方案一般選用歐拉角或者四元數作為姿態控制系統的姿態參數，然而這些參數不能全局且唯一的表示剛體姿態，這樣就會造成奇異問題或雙值問題的出現，進而影響姿態控制的精度或準確度。此外，在一些姿態機動任務中，通常還希望能夠實現對給定信號的跟蹤，并且要求跟蹤誤差滿足給定的性能約束條件，而目前常規的姿態控制方案并沒有提供有效地解決方案。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例期望提供一種基于姿態旋轉矩陣的控制性能邊界設計方法、裝置及介質；能夠避免奇異問題或雙值性問題的產生，提高控制的精度和準確度。

本發明實施例的技術方案是這樣實現的：

第一方面，本發明實施例提供了一種基于姿態旋轉矩陣的控制性能邊界設計方法，所述方法包括：

根據剛體本體系相對于慣性系的當前姿態旋轉矩陣和剛體本體系相對于慣性系的期望姿態旋轉矩陣獲取針對被控剛體的姿態誤差矩陣；

根據所述姿態誤差矩陣生成姿態誤差函數；

根據基于姿態旋轉矩陣的無窮小轉動的表達式計算姿態誤差函數的導數；

利用叉乘運算和跡運算的性質化簡姿態誤差函數的導數并導出3維姿態誤差向量；

根據設定的控制性能要求，對所述姿態誤差向量中的每個分量進行不等式約束；

利用SO(3)上的平移不變度量將所述對姿態誤差向量中每個分量的不等式約束上界轉化為對被控剛體在所述控制性能要求下的姿態誤差邊界，即控制性能邊界。

第二方面，本發明實施例提供了一種基于姿態旋轉矩陣的控制性能邊界設計裝置，所述裝置包括：所述裝置包括：獲取部分、生成部分、導出部分、約束部分和轉化部分；其中，

所述獲取部分，經配置為根據剛體本體系相對于慣性系的當前姿態旋轉矩陣和剛體本體系相對于慣性系的期望姿態旋轉矩陣獲取針對被控剛體的姿態誤差矩陣；

所述生成部分，經配置為根據所述姿態誤差矩陣生成姿態誤差函數；

所述導出部分，經配置為根據基于姿態旋轉矩陣的無窮小轉動表達式計算得到姿態誤差函數的導數；并使用叉乘運算和跡運算的性質，化簡姿態誤差函數的導數，并導出3維姿態誤差向量；

所述約束部分，經配置為根據設定的控制性能要求，對所述姿態誤差向量中的每個分量進行不等式約束；

所述轉化部分，經配置為利用SO(3)上的平移不變度量將所述對姿態誤差向量中每個分量的不等式約束上界轉化為對被控剛體在所述控制性能要求下的姿態誤差邊界，即控制性能邊界。

第三方面，本發明實施例提供了一種計算設備，所述計算設備包括：通信接口，存儲器和處理器；各個組件通過總線系統耦合在一起；其中，