[發(fā)明專利]撓性航天器預(yù)設(shè)性能姿態(tài)控制方法、計算機(jī)設(shè)備和存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211404647.1
• 申請日: 2022-11-10
• 公開（公告）號: CN115685761B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖巖;楊玉龍;孫晟昕;葉東;孫兆偉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

撓性航天器預(yù)設(shè)性能姿態(tài)控制方法、計算機(jī)設(shè)備和存儲介質(zhì)，屬于航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域，解決撓性航天器的姿態(tài)跟蹤控制難以在短時間內(nèi)提供合理的控制力矩的問題。本發(fā)明方法包括：獲取航天器的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量標(biāo)稱部分；利用所述航天器的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量標(biāo)稱部分，獲取撓性航天器姿態(tài)動力學(xué)的確定部分；獲取性能函數(shù)矩陣、撓性航天器的姿態(tài)誤差運(yùn)動學(xué)矩陣、一階反步變量、二階反步變量、一階跟蹤參考和收斂率函數(shù)，所述收斂率函數(shù)為根據(jù)時間獲取收斂率的函數(shù)；獲取擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的耦合干擾跟蹤狀態(tài)；根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的計算公式，獲取控制力矩；根據(jù)所述控制力矩對撓性航天器進(jìn)行姿態(tài)控制。本發(fā)明適用于針對撓性航天器的姿態(tài)跟蹤控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及撓性航天器預(yù)設(shè)性能姿態(tài)控制。

背景技術(shù)

航天器姿態(tài)跟蹤控制問題，即控制航天器的姿態(tài)按照任務(wù)期望的姿態(tài)變化進(jìn)行變化的問題。其中，任務(wù)期望的姿態(tài)變化由具體的任務(wù)需求給定，不由姿態(tài)跟蹤的控制方法進(jìn)行設(shè)計。航天器所受到的各種干擾的具體值是未知的，但干擾的是連續(xù)有界的。控制方式為由控制方法計算出控制力矩交由執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)過程不由控制方法管理。

撓性航天器在姿態(tài)控制問題存在其特殊性，主要表現(xiàn)為：施加在航天器本體的各種力矩會通過撓性部件反作用在衛(wèi)星本體上。因此航天器所受到的干擾力矩既源于外部，也源于自身的撓性部分。

針對撓性航天器的姿態(tài)跟蹤控制問題，若對航天器本體的姿態(tài)跟蹤過程有時間與精度方面的要求，即需要航天器本體姿態(tài)在預(yù)設(shè)的時間節(jié)點(diǎn)之前達(dá)到預(yù)設(shè)的精度范圍，則可考慮通過預(yù)設(shè)性能控制的方式解決這一問題。該方法由C.P.Bechlioulis?andG.A.Rovithakis,“Robust?adaptive?control?of?feedback?linearizable?mimononlinear?systems?with?prescribed?performance,”IEEE?Transactions?on?AutomaticControl,vol.53,no.9,pp.2090–2099,2008.提出，其主要思想為將控制變量限制在預(yù)定好的邊界范圍內(nèi)，并將邊界范圍與控制變量建立聯(lián)系，通過設(shè)計邊界范圍確保控制變量滿足預(yù)設(shè)的各種要求。盡管文中對控制變量做出了邊界范圍的限制，但并沒有直接確保控制變量一直在邊界范圍內(nèi)的控制方法。Q.Hu,X.Shao,and?L.Guo,“Adaptive?fault-tolerantattitude?tracking?control?of?spacecraft?with?prescribed?performance,”IEEE/ASME?Transactions?on?Mechatronics,vol.23,no.1,pp.331–341,2018.在此基礎(chǔ)上提出將勢壘李雅普諾夫函數(shù)與預(yù)設(shè)性能理論結(jié)合，并用于剛體航天器的姿態(tài)跟著中。其優(yōu)勢在于當(dāng)控制變量將要到達(dá)誤差邊界時可以產(chǎn)生極大的控制力矩使變量遠(yuǎn)離邊界，確保控制變量不逃出預(yù)設(shè)范圍。