[發(fā)明專利]一種剛?cè)嵋厚詈虾教炱鞲呔茸藨B(tài)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310072294.8
• 申請日: 2023-02-07
• 公開（公告）號: CN115933725B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設計）人: 朱婉婉;張秀云;楊玉凱;宗群
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務所(普通合伙) 11818
• 代理人: 徐晟逸

本發(fā)明公開了一種剛?cè)嵋厚詈虾教炱鞲呔茸藨B(tài)控制方法，包括建立剛?cè)嵋厚詈虾教炱髅嫦蚩刂颇Ｐ汀⒃O計反切函數(shù)面、設計自適應補償控制器和本方法有效性的驗證，本發(fā)明采用上述剛?cè)嵋厚詈虾教炱鞲呔茸藨B(tài)控制方法，為實現(xiàn)耦合航天器高精度姿態(tài)控制，首先設計比終端滑模面收斂更快的反正切函數(shù)面，保證耦合航天器姿態(tài)快速控制；其次，設計標稱控制器，保證耦合航天器高精度姿態(tài)控制；接著，考慮綜合不確定的影響，在標稱控制器的基礎上，設計補償控制器估計綜合不確定，實現(xiàn)了耦合航天器高精度姿態(tài)控制，并通過仿真驗證了系統(tǒng)控制性能。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及航天器姿態(tài)控制技術(shù)領域，尤其是涉及一種剛?cè)嵋厚詈虾教炱鞲呔茸藨B(tài)控制方法。

背景技術(shù)

航天器又稱空間飛行器，是指在稠密大氣層外環(huán)繞地球或行星際空間，按照天體力學規(guī)律運行的飛行器。近年來，隨著空間技術(shù)不斷發(fā)展與航天任務愈加復雜，航天器結(jié)構(gòu)日益復雜，同時受發(fā)射成本及運載能力的限制，航天器撓性越來越大。為完成長時間在軌運行目標，航天器需要攜帶越來越多的液體燃料，這會進一步破壞航天器系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，航天器在運行過程中還會受到空間環(huán)境干擾力矩的影響，包括重力梯度力矩、太陽光壓力矩、大氣阻力力矩以及地磁力矩等，進一步影響航天器姿態(tài)控制精度。因此，研究與之相關(guān)的科學問題具有戰(zhàn)略性及帶動性，能夠節(jié)省燃料消耗、提高航天器在軌運行能力提供新思路。

在剛?cè)嵋汉教炱髯藨B(tài)控制方面，國內(nèi)外學者已進行了相關(guān)探索與研究，并取得了豐富的成果，目前主要存在以下不足：(1)在航天器姿態(tài)控制過程中，分別設計干擾觀測器與姿態(tài)跟蹤控制，使得整個閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不能得到保證；(2)在航天器姿態(tài)控制過程中，考慮剛?cè)嵋厚詈虾教炱骰騽傄汉教炱髯藨B(tài)控制較多，同時考慮柔性振動與液體晃動的較少，通常會忽略剛體、柔性振動及液體晃動之間耦合的影響，使得建立動力學模型與實際動力學模型之間有偏差；(3)現(xiàn)有技術(shù)中通常假設外界干擾上界與柔性振動、液體晃動已知，但是在航天器實際運行過程中，由于太空環(huán)境的未知性、航天器剛體與柔性振動相互耦合，則該假設不嚴謹，使得航天器姿態(tài)控制的精度不佳。因此，考慮模型不確定、外界干擾、柔性振動與液體晃動的情況，設計一個快速高精度姿態(tài)控制器，對航天器安全平穩(wěn)運行具有重要的理論意義及工程價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種剛?cè)嵋厚詈虾教炱鞲呔茸藨B(tài)控制方法，用以解決柔性振動、液體晃動和外界干擾綜合不確定因素影響剛?cè)嵋厚詈虾教炱髯藨B(tài)控制作用時間和精度的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種剛?cè)嵋厚詈虾教炱鞲呔茸藨B(tài)控制方法，包括以下步驟：

步驟1，建立剛?cè)嵋厚詈虾教炱髅嫦蚩刂颇Ｐ停嚎紤]柔性振動、液體晃動的影響建立模型不確定與外界干擾影響下的剛?cè)嵋厚詈虾教炱鞣蔷€性運動學模型與動力學模型，為進一步實現(xiàn)剛?cè)嵋厚詈虾教炱髯藨B(tài)控制提供理論基礎；剛?cè)嵋厚詈虾教炱髯藨B(tài)運動學與動力學模型表達式為：剛?cè)嵋厚詈虾教炱髯藨B(tài)運動學與動力學模型表達式為：

其中，剛?cè)嵋厚詈虾教炱髯藨B(tài)四元數(shù)，q₀，q_v分別為單位四元數(shù)的標量及向量部分；ω＝[ω₁?ω₂?ω₃]^T為剛?cè)嵋厚詈虾教炱鹘撬俣龋籎＝J₀+ΔJ∈R^3×3為剛?cè)嵋厚詈虾教炱鞯霓D(zhuǎn)動慣量矩陣；I₃為三階單位矩陣，是斜對角矩陣并滿足