[發(fā)明專利]基于機(jī)動(dòng)工況的遞階飽和控制律角速度限幅動(dòng)態(tài)修正方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211241824.9
• 申請(qǐng)日: 2022-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN115599109A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李同順;操宏磊;朱慶華;秦捷;劉斌;陸丹萍;于常利;陳敏花
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天控制技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 張雙紅;張靜潔

本發(fā)明公開了一種基于機(jī)動(dòng)工況的遞階飽和控制律角速度限幅動(dòng)態(tài)修正方法，包括：計(jì)算姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中最大允許的姿態(tài)角速度ω_max；根據(jù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)初始時(shí)刻，執(zhí)行機(jī)構(gòu)殘余角動(dòng)量H₀和衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣I₀，將殘余角動(dòng)量H₀轉(zhuǎn)換成初始角速度限幅約束向量ω₁；根據(jù)當(dāng)前姿態(tài)機(jī)動(dòng)任務(wù)確定機(jī)動(dòng)目標(biāo)角速度ω₂，并計(jì)算初始角速度限幅約束向量ω₁和機(jī)動(dòng)目標(biāo)角速度ω₂的和向量ω₃；根據(jù)當(dāng)前陀螺組合測(cè)量得到的姿態(tài)角速度，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前姿態(tài)角速度與目標(biāo)姿態(tài)角速度之間的偏差ω_err，并計(jì)算其單位向量；根據(jù)計(jì)算得到的最大允許的姿態(tài)角速度ω_max和角速度偏差ω_err結(jié)果，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前機(jī)動(dòng)姿態(tài)角速度限幅值ω_sat。本發(fā)明增強(qiáng)控制算法對(duì)不同任務(wù)的適應(yīng)性，提高衛(wèi)星在軌工作自主性和任務(wù)執(zhí)行效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于機(jī)動(dòng)工況的遞階飽和控制律角速度限幅動(dòng)態(tài)修正方法。

背景技術(shù)

遞階飽和控制律是在經(jīng)典PID控制律的基礎(chǔ)上，對(duì)輸出力矩和姿態(tài)偏差進(jìn)行人為限幅，以實(shí)現(xiàn)無(wú)需提前規(guī)劃姿態(tài)路徑即可獲得接近時(shí)間最優(yōu)動(dòng)態(tài)性能的改進(jìn)控制算法。其中，輸出力矩限幅由執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出能力來(lái)約束，姿態(tài)偏差限幅間接反映機(jī)動(dòng)角速度偏差限幅，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)角動(dòng)量包絡(luò)大小約束，需根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品配套和機(jī)動(dòng)工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

由于控制力矩陀螺群角動(dòng)量包絡(luò)其實(shí)是其奇異狀態(tài)，因此控制力矩陀螺群在使用過程中不能將角動(dòng)量使用至角動(dòng)量包絡(luò)的極限狀態(tài)，必須要嚴(yán)格限制角動(dòng)量使用范圍。配置控制力矩陀螺群作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的衛(wèi)星在使用遞階飽和控制律時(shí)對(duì)角速度偏差限幅的要求更為嚴(yán)格。

傳統(tǒng)姿態(tài)機(jī)動(dòng)任務(wù)，大多屬于兩個(gè)固定偏置姿態(tài)之間機(jī)動(dòng)的工況，由于這類任務(wù)目標(biāo)角速度為零，遞階飽和控制律的角速度偏差限幅反映的是實(shí)際機(jī)動(dòng)角速度的限幅，因此可以通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)角動(dòng)量包絡(luò)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)計(jì)算出最大機(jī)動(dòng)角速度，并直接作為遞階飽和控制律中的角速度偏差限幅值使用。

隨著衛(wèi)星機(jī)動(dòng)能力的提升，在軌工作模式也越來(lái)越豐富，包括斜條帶推掃、區(qū)域條帶拼接等新的工作模式也使得姿態(tài)機(jī)動(dòng)工況發(fā)生變化，最明顯處在于目標(biāo)姿態(tài)不再是固定姿態(tài)，而是需要跟蹤一定大小的角速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，采用傳統(tǒng)的最大機(jī)動(dòng)角速度作為偏差角速度限幅值進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，將導(dǎo)致實(shí)際機(jī)動(dòng)角速度超出允許值，甚至可能引起控制力矩陀螺群陷入奇異狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于機(jī)動(dòng)工況的遞階飽和控制律角速度限幅動(dòng)態(tài)修正方法，實(shí)現(xiàn)用于復(fù)雜成像模式的姿態(tài)機(jī)動(dòng)任務(wù)中，增強(qiáng)控制算法對(duì)不同任務(wù)的適應(yīng)性，提高衛(wèi)星在軌工作自主性和任務(wù)執(zhí)行效率。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于機(jī)動(dòng)工況的遞階飽和控制律角速度限幅動(dòng)態(tài)修正方法，包括：

步驟S1、根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在三維角動(dòng)量空間能夠提供的最大角動(dòng)量H_max和衛(wèi)星最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I_max，計(jì)算姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中最大允許的姿態(tài)角速度ω_max。

步驟S2、根據(jù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)初始時(shí)刻，執(zhí)行機(jī)構(gòu)殘余角動(dòng)量H₀和衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣I₀，將殘余角動(dòng)量H₀轉(zhuǎn)換成初始角速度限幅約束向量ω₁。

步驟S3、根據(jù)當(dāng)前姿態(tài)機(jī)動(dòng)任務(wù)確定機(jī)動(dòng)目標(biāo)角速度ω₂，并計(jì)算初始角速度限幅約束向量ω₁和機(jī)動(dòng)目標(biāo)角速度ω₂的和向量ω₃。