利用系繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用系繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法，首先將控制指令和狀態(tài)測量值通過式生成誤差指令，然后在線實時更新控制器的部分參數(shù)，再利用姿態(tài)自適應(yīng)控制律生成偽控制量：控制力矩。再將控制量的分配問題轉(zhuǎn)化為魯棒優(yōu)化問題，將魯棒優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為錐二次優(yōu)化問題，并利用內(nèi)點法求解，得到真實的控制量：推力和張力，最后分別驅(qū)動12個推力器和系繩張力，實現(xiàn)對非合作目標的姿態(tài)聯(lián)合接管控制。
【專利說明】利用系繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天器姿態(tài)控制領(lǐng)域，涉及一種利用系繩推力器的空間非合作目標姿 態(tài)聯(lián)合接管控制方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 接管控制是指利用服務(wù)航天器的操作機構(gòu)與目標航天器形成固定連接后，利用姿 軌控制系統(tǒng)接管目標航天器的姿軌控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其姿軌控制。隨著空間技術(shù)的發(fā)展，在軌 服務(wù)受到了越來越多的重視。針對在廢棄軌道擱淺的衛(wèi)星、姿態(tài)翻滾造成失效的衛(wèi)星、姿態(tài) 指向錯誤造成無法正常工作的衛(wèi)星等，如果能利用服務(wù)航天器對其進行姿態(tài)接管，為其提 供輔助變軌、輔助定姿等接管控制，將具有極大的經(jīng)濟效益和社會影響。德國DLR的DE0S (Deutsche Orbital Servicing)項目，歐空局的SMART_OLEV(SMART Orbital Life Extension Vehicle)項目，美國的FREND(Front_end Robotics Enabling Near-term Demonstration)項目等均針對此類問題進行研究和準備開展在軌試驗。
[0003] 但是，目前研究的接管控制多是利用服務(wù)航天器攜帶機械臂等剛性空間機器人抓 捕目標，然后利用服務(wù)航天器的姿軌控制系統(tǒng)接管控制目標航天器?？臻g繩系機器人是一 種新型的剛?cè)峤M合空間機器人系統(tǒng)，具有操作距離遠、安全、靈活等優(yōu)勢，近年來得到了廣 泛關(guān)注。由于需要遠距離逼近目標航天器，空間繩系機器人的操作機構(gòu)具有推力器。因此， 可利用推力器和系繩對目標航天器進行聯(lián)合接管控制。王東科等人進行了系繩與推力器聯(lián) 合進行目標姿態(tài)控制的研究。但是，其將目標慣量視為已知，且未考慮控制量分配、控制量 受約束等問題，而認為空間繩系機器人的操作機構(gòu)可利用推力器輸出任何控制力矩。實際 上，針對非合作目標，目標星的轉(zhuǎn)動慣量未知，推力器輸出力矩受限，且目標星質(zhì)心位置未 知也導(dǎo)致了推力作用點、作用方向均未知。這些問題極大的增加了利用系繩/推力器聯(lián)合進 行目標星姿態(tài)接管控制的難度。針對此難題，本發(fā)明充分考慮這些未知和受限狀態(tài)量及控 制量，給出一種非合作目標星的姿態(tài)接管控制方法。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明的目的在于解決空間非合作目標星的姿態(tài)接管控制問題，提供一種利用系 繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0006] 利用系繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法，包括以下步驟：
[0007] 1)建立空間非合作目標星姿態(tài)接管控制模型；
[0008] 2)設(shè)計非合作目標星的姿態(tài)自適應(yīng)接管控制律；
[0009] 3)接管控制力矩的魯棒分配。
[0010]本發(fā)明進一步的改進在于：
[0011]所述步驟1)中，建立空間非合作目標星姿態(tài)接管控制模型的具體方法為：
[0012]以〇T為空間非合作目標星的質(zhì)心，建立目標星本體系〇TX TYTZT，以0G為操作機構(gòu)的 質(zhì)心，建立操作機構(gòu)本體系0CXCYCZC，0 CS系繩與操作機構(gòu)的連接點；為簡化建模過程，假設(shè) 兩個坐標系各坐標軸均相互平行，設(shè)操作機構(gòu)質(zhì)心〇G在目標星本體系OtXtYtZt下的坐標為XG =[xg,yg,zg]；
[0013]四組操作機構(gòu)，共12個推力器呈"十"字安裝;其中，第1組操作機構(gòu)(4)與第2組操 作機構(gòu)(5)包含5個正交安裝的推力器，第3組操作機構(gòu)(6)與第4組操作機構(gòu)（7)各為1個推 力器；
[0014]設(shè)每個推力器的推力范圍為[0 a]N，則12個推力器在操作機構(gòu)本體系產(chǎn)生的推力 及在操作機構(gòu)本體系的作用點位置為：
[0021]為簡化建模過程，假設(shè)其方向不變且沿操作機構(gòu)本體系-x方向；因此，設(shè)系繩最大 拉力為a5N，系繩拉力及作用點在操作機構(gòu)本體系下表示為：
[0023] 由于操作對象為非合作目標，測量裝置和執(zhí)行機構(gòu)均安裝于空間繩系機器人的操 作機構(gòu)上，因此，在操作機構(gòu)本體系下，建立空間非合作目標性的姿態(tài)動力學(xué)方程為：
[0024] =T+'T.d .(:1.)
[0025] 其中，J為目標星轉(zhuǎn)動慣量矩陣，《為目標星的角速度，x為叉乘算子，Td為干擾力 矩，T = Ta+Tt為控制力矩，T。為推力器產(chǎn)生的控制力矩： 5' 10
[0026] Ta -2iK@ + +J^(XG +X2)xFl+(XG+X,)xFn+(X G+X4)xFl2 (2) /-I i~6'
[0027] Fi為第i個推力器對應(yīng)的推力，i為推力器的標號，Tt為系繩產(chǎn)生的控制力矩：
[0028] Tt=(XG+X5)XFi3 (3)
[0029]則控制力矩T化簡為：
[0031]其中，D為控制量分配矩陣，F(xiàn)為執(zhí)行器組成的列向量；
[0032]利用修正羅德里格斯參數(shù)描述的目標星姿態(tài)運動學(xué)方程為：
[0033] a = G(a)〇i (5)
[0034] <?(〇) = j (1 + 2.0"x + 2wT (6.)
[0035]其中，〇為目標星的姿態(tài)修正羅德里格斯參數(shù)，I3為3 X 3的單位矩陣；
[0036]設(shè)非合作目標星的期望姿態(tài)為〇d，期望角速度為co d，則目標星姿態(tài)誤差動力學(xué)/運 動學(xué)方程為： \&e=G((Te)(〇e
[0037] < (7) yJ〇je - ~{i〇T J{(〇) - Jco,t + T + Td 123 其中，為姿態(tài)誤差，e為角速度誤差，兩者的表達式為： 2
3 式(8)中，?表示MRP乘法。
[0041 ]所述步驟2)中，設(shè)計非合作目標星的姿態(tài)自適應(yīng)接管控制律的方法為：
[0042] 首先，定義輔助誤差變量:s= ?e+aoe，a彡〇,則 is?二 十
[0043] = -(c〇YJ((〇) - J(〇d +T + T.+ aJG(ae )(〇e (9) = T+L
[0044] 其中，L = -(?)XJ(?)-[J+aJG(0e)]?d+Td+aJG(〇e)co ;用| 卜 | |表示矢量的歐 幾里得范數(shù)，對I I L| |進行分析：
[0045] 由于嶺(1)卜(1 + ?>/4幻/2，《d有界;設(shè)外部擾動Td的歐幾里得范數(shù)滿足| |Td |<CdO+Cdl| I W | |2，cd0和Cdl均為未知且非負的常數(shù)，貝lj:
[0046] |L| |^bo+bi| | ? | |+b2| | ? | |2 (10)
[0047] 其中，bo、bi和b2均為未知且非負的常數(shù)；
[0048]然后，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計姿態(tài)自適應(yīng)控制律：
[0050]其中，ki和k2為設(shè)計的正常數(shù)，sgn( ?)為符號函數(shù)，4、4和4分別是參數(shù)b〇、bi和 b2的估計值，其在線更新律為：
(12) 1234567 CQ、C1和C2為設(shè)計的正常數(shù)； 2 最后，進行穩(wěn)定性證明： 3
[0054]選擇： 4
5
[0056]其中，爲 ，,)丨=辦1 一4，各2 辦2 - ： 6
[0057] 對式（13)兩邊求導(dǎo)，得： 7 V = srJs + cf)bQbf) +0^^ +c2b2b2 (14)
[0059]將式(9)~（12)帶入上式，并化簡，得：
[0061 ]因此，在控制律式(11)及參數(shù)自適應(yīng)律式(12)的控制下，系統(tǒng)一致漸近穩(wěn)定。
[0062]所述步驟3)中，接管控制力矩的魯棒分配的具體方法為：
[0063]由于控制力矩由推力和系繩張力共同實現(xiàn)，且推力與張力均為嚴格受限，則： '0^<Flx,Fu,F6x,Flx< a]N 0N<Fir,Fh,<a2N
[0064] * ON <F4:,Fi:,F9z,Fw:: < a3N (15) 0：N <Fn=,Fl2:_ < a4N ON < FUx < a5N
[0065] 設(shè)a=[ai ai a2 a3 a3 ai ai a2 a3 a3 a4 a4 a5]，0為13X 1 的零矩陣；式（15)表示 為:0彡F彡a;
[0066] 利用魯棒分配方法將步驟2)計算的控制力矩T分配到真實的控制執(zhí)行量，即12個 推力器的推力和系繩張力上，具體方法如下：
[0067] 3-1)以燃料消耗最少為目標函數(shù)，將控制分配問題轉(zhuǎn)化為以下的魯棒優(yōu)化問題。
[0068] 目標函數(shù):min([l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0]F)=min(WTF);
[0069] 約束：T = DF，0 彡F 彡 a;
[0070] 令好=:i :，將等式約束轉(zhuǎn)化為不等式約束； .d」 r _
[0071] 約束：HF彡N，0彡F彡a;
[0072]利用魯棒優(yōu)化理論，將優(yōu)化問題重寫為： min(^7' F)
[0073] < s.t. hf > %, V R e. V/ = I …6 ( l 6 ) 0<F<a
[0074]其中，匕為包含不確定性的矩陣H的第i行，且在不確定集邑中取值;不確定集邑可 用橢球不確定性描述，BP:
[0075] ={/*,. | /*,=/，,+ 0,.",.，1",. | S ,i = 1，…6 (17)
[0076] &表示由測量或辨識得到的各行的標稱值，為與不確定性分布相關(guān)的對稱正 定或半正定矩陣，m為與不確定性相關(guān)的列向量，P為不確定性的歐幾里得范數(shù)的上界；
[0077] 3-2)利用橢球不確定性的特點，利用式(17)化簡式(16)，并利用
[0078] min(xT? Ui) =_p | | ? x |
[0079]將魯棒優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為錐二次優(yōu)化問題： min，1/7)
[0080] \ :&4 h^- p ||^^|| > n" V/ = 1 ? ? ? 6 (18 ) 0< F <a
[0081 ]最后，利用內(nèi)點法求解上述錐優(yōu)化問題。
[0082] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0083] 本發(fā)明采用基于空間繩系機器人的系繩推力器對空間非合作目標星進行姿態(tài)聯(lián) 合接管控制方法，可充分利用系繩張力，節(jié)省接管控制過程中的化學(xué)推進劑消耗。在國內(nèi)外 系繩與推力器聯(lián)合對目標姿態(tài)控制的研究中，是將目標慣量視為已知，且未考慮控制量分 配、控制量受約束等問題，使得其使用范圍與可靠性大大降低。采用自適應(yīng)姿態(tài)控制和力矩 的魯棒分配方法，充分考慮了非合作目標的慣量未知、質(zhì)心未知、操作機構(gòu)抓捕點未知等特 性，以及受限狀態(tài)量及控制量，使得系統(tǒng)能夠在線實時獲得未知參數(shù)，且避免了受限狀態(tài)量 及控制量對系統(tǒng)的影響，極大提高了其實際使用范圍與可靠性。 【【附圖說明】】
[0084]圖1為空間繩系機器人目標抓捕示意圖；
[0085]圖2為推力器的分布圖；
[0086] 圖3為利用系繩/推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制流程圖。
[0087] 其中，1-空間非合作目標星;2-空間繩系機器人的操作機構(gòu);3-空間繩系機器人的 系繩;4-第1組操作機構(gòu);5-第2組操作機構(gòu);6-第3組操作機構(gòu);7-第4組操作機構(gòu)。 【【具體實施方式】】
[0088] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：
[0089] 參見圖1-圖3,本發(fā)明利用系繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法， 包括以下步驟：
[0090] 步驟1:建立空間非合作目標星姿態(tài)接管控制模型
[0091]如圖1所示，1是空間非合作目標星，2是空間繩系機器人的操作機構(gòu)，3是空間繩系 機器人的系繩。〇T為空間非合作目標星的質(zhì)心，OtXtYtZt為目標星本體系，〇G為操作機構(gòu)的質(zhì) 心，OcXcYcZc為操作機構(gòu)本體系，Oc為系繩與操作機構(gòu)的連接點。為簡化建模過程，假設(shè)兩個 坐標系各坐標軸均相互平行。設(shè)操作機構(gòu)質(zhì)心〇g在目標星本體系OtXtYtZt下的坐標為X G =
[XG，yG，ZG]〇
[0092]如圖2所示，第1組操作機構(gòu)4、第2組操作機構(gòu)5、第3組操作機構(gòu)6與第4組操作機構(gòu) 7共十二個推力器，且呈"十"字安裝。第1組操作機構(gòu)4與第2組操作機構(gòu)5包含五個正交安裝 的推力器，第3組操作機構(gòu)6與第4組操作機構(gòu)7各為一個推力器。
[0093]設(shè)每個推力器的推力范圍為[0 a]N，則，十二個推力器在操作機構(gòu)本體系產(chǎn)生的 推力及在操作機構(gòu)本體系的作用點位置為：
[0094]第一組：
[0096]第二組：
[0100]由于空間繩系機器人的系繩可達數(shù)百米，而在接管控制中，目標星姿態(tài)運動造成 的系繩方向改變較小，為簡化建模過程，可假設(shè)其方向不變且沿操作機構(gòu)本體系-X方向。因 此，設(shè)系繩最大拉力為a5N，系繩拉力及作用點在操作機構(gòu)本體系下可表示為：
[0102] 由于操作對象為非合作目標，所以陀螺等測量裝置，推力器/系繩等執(zhí)行機構(gòu)均安 裝于空間繩系機器人的操作機構(gòu)上，因此，在操作機構(gòu)本體系下，建立空間非合作目標性的 姿態(tài)動力學(xué)方程為：
[0103] J(〇 + o/J〇) ：= T--T, (1)
[0104] 其中，J為目標星轉(zhuǎn)動慣量矩陣，《為目標星的角速度，x為叉乘算子，Td為干擾力 矩，T = T〇+Tt為控制力矩。T。為推力器產(chǎn)生的控制力矩 5' 10
[0105] Tc = Y.iXG+Xx)xFi+Y.iXG+X- l)^Fi+{XG+Xi)xFu+(X G+X^Fn{2) 12 Tt為系繩產(chǎn)生的控制力矩 2 Tt=(XG+X5)XFi3 (3)
[0108]則控制力矩T可化簡為：
[0110] 其中，D為控制量分配矩陣，F(xiàn)為執(zhí)行器組成的列向量。
[0111] 利用修正羅德里格斯參數(shù)描述的目標星姿態(tài)運動學(xué)方程為：
[0112] & = G(a)〇j (5)
(6)
[0114] 其中，〇為目標星的姿態(tài)修正羅德里格斯參數(shù)，13為3 X 3的單位矩陣。
[0115] 設(shè)非合作目標星的期望姿態(tài)為〇d，期望角速度為CO d，則，目標星姿態(tài)誤差動力學(xué)/ 運動學(xué)方程為： \ae=G{ae)me
[0116] \ (7)
[Jdie - -(w)x/.(e>) - J0)d + T + Tf
[0125] 其中，L = _(w)XJ(o )-[ J+aJG(0e) ] w d+Td+aJG(〇e) w。用 | | ? | | 表不矢量的歐 幾里得范數(shù)，下面對I I L| |進行分析。
[0126] 由于||<?(ffe)|卜(l + <r：>f)/4Sl/2，《d有界。設(shè)外部擾動Td的歐幾里得范數(shù)滿足| |Td |<CdO+Cdl| I W | |2，cd0和Cdl均為未知且非負的常數(shù)。貝lj:
[0127] |L| |^bo+bi| | co | |+b2| | ? | |2 (10)
[0128] 其中，bo、bi和b2均為未知且非負的常數(shù)。
[0129] 然后，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計姿態(tài)自適應(yīng)控制律：
[0131]其中，為設(shè)計的正常數(shù)，sgn( ?)為符號函數(shù)，4，|,和4分別是參數(shù)b〇、bi和 b2的估計值，其在線更新律為：
(12)
[0133] CQ，CdPC2為設(shè)計的正常數(shù)。
[0134] 最后，進行穩(wěn)定性證明：
[0135] 選擇：
(13)
[0137] 其中，/?,) = Aj)-我)，= A.I -石|，.石2. = Ai. - Q
[0138] 對式（13)兩邊求導(dǎo)，得：
[0139] V = sTJs + c0b(ib0 +c1b1 6, +c2b2b2 (14)
[0140] 將式(9)~（12)帶入上式，并化簡，得：
[0142] 因此，在控制律式(11)及參數(shù)自適應(yīng)律式(12)的控制下，系統(tǒng)一致漸近穩(wěn)定。
[0143] 步驟3:接管控制力矩的魯棒分配
[0144] 由于控制力矩由推力和系繩張力共同實現(xiàn)，且推力與張力均為嚴格受限。 ON<F3v,FSr <a2N
[0145] i〇N<^,F5__,F():,F1〇7<a3N (15) ()N<Fllr,F12__<a4N 0N<F13v<a5N
[0146] 設(shè)a= [ai ai a2 a3 a3 ai ai a2 a3 a3 a4 a4 a5]，0為 13 X 1 的零矩陣。上式可表示 為:0彡F彡a〇
[0147] 另外，由于操作機構(gòu)質(zhì)心0C在目標星本體系下的坐標不確定，導(dǎo)致推力與系繩張 力作用點在目標星本體系下的坐標均不確定，因此，本步驟利用魯棒分配方法將步驟2計算 的控制力矩T分配到真實的控制執(zhí)行量:十二個推力器的推力和系繩張力上。
[0148] 首先，以燃料消耗最少為目標函數(shù)，將控制分配問題轉(zhuǎn)化為以下的魯棒優(yōu)化問題。
[0149] 目標函數(shù):min([l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0]F)=min(WTF);
[0150] 約束:T = DF，0 彡F彡a。
[0151] 令，7V= ，將等式約束轉(zhuǎn)化為不等式約束，
[0152] 約束:HF彡N，0彡F彡a。
[0153] 利用魯棒優(yōu)化理論，將優(yōu)化問題重寫為： 'min(^'F)
[0154] < s.t. htF > nj, V ht e S；..,. Vf -1 ? ? ? 6 (16) 0<F<a
[0155] 其中，匕為包含不確定性的矩陣H的第i行，且在不確定集邑中取值。不確定集邑可 用橢球不確定性描述，BP:
[0156] S. = 1,---6 (17)
[0157] 展表示由測量或辨識得到的各行的標稱值，? :為與不確定性分布相關(guān)的對稱正定 或半正定矩陣，m為與不確定性相關(guān)的列向量，P為不確定性的歐幾里得范數(shù)的上界。
[0158] 然后，利用橢球不確定性的特點，利用式(17)化簡式(16)，并利用
[0159] min(xT@Ui)=-p| | @x|
[0160]將魯棒優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為錐二次優(yōu)化問題。 m\n(W' F)
[0161] | s.t. h^- p||6>,^|| > nn ￥?=!??? 6 (18) 0<F< a
[0162] 最后，利用內(nèi)點法求解上述錐優(yōu)化問題。
[0163] 內(nèi)點法詳細步驟詳見：DAVID G，LUENBERGER，YINYU YE.Linear and Nonlinear Programming[M].Third edition.Berlin:Springer Verlag,2008:111-140.
[0164] 以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按 照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書 的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 利用系繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法，其特征在于，包括W下 步驟： 1) 建立空間非合作目標星姿態(tài)接管控制模型； 2) 設(shè)計非合作目標星的姿態(tài)自適應(yīng)接管控制律； 3) 接管控制力矩的魯棒分配。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用系繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法， 其特征在于，所述步驟1)中，建立空間非合作目標星姿態(tài)接管控制模型的具體方法為： W化為空間非合作目標星的質(zhì)屯、，建立目標星本體系O巧tYtZt，WOg為操作機構(gòu)的質(zhì)屯、， 建立操作機構(gòu)本體系OgXgYgZg, Oc為系繩與操作機構(gòu)的連接點;為簡化建模過程，假設(shè)兩個坐 標系各坐標軸均相互平行，設(shè)操作機構(gòu)質(zhì)屯、化在目標星本體系0巧TY記T下的坐標為拍=[XG， YG,zg]; 四組操作機構(gòu)，共12個推力器呈"十"字安裝;其中，第1組操作機構(gòu)(4)與第2組操作機 構(gòu)(5)包含5個正交安裝的推力器，第3組操作機構(gòu)(6)與第4組操作機構(gòu)(7)各為1個推力器； 設(shè)每個推力器的推力范圍為[〇a]N，則12個推力器在操作機構(gòu)本體系產(chǎn)生的推力及在 操作機構(gòu)本體系的作用點位置為： 第一組：為簡化建模過程，假設(shè)其方向不變且沿操作機構(gòu)本體系-X方向；因此，設(shè)系繩最大拉力 為asN，系繩拉力及作用點在操作機構(gòu)本體系下表示為：'^由于操作對象為非合作目標，測量裝置和執(zhí)行機構(gòu)均安裝于空間繩系機器人的操作機胃 構(gòu)上，因此，在操作機構(gòu)本體系下，建立空間非合作目標性的姿態(tài)動力學(xué)方程為：(1) 其中，J為目標星轉(zhuǎn)動慣量矩陣，《為目標星的角速度，X為叉乘算子，Td為干擾力矩，T =Tc巧t為控制力矩，T。為推力器產(chǎn)生的控制力矩：Fi為第i個推力器對應(yīng)的推力，i為推力器的標號，Tt為系繩產(chǎn)生的控制力矩： Tt=(XG+Xs)XFi3 (3) 則控制力矩T化簡為：其中，D為控制量分配矩陣，F(xiàn)為執(zhí)行器組成的列向量； 利用修正羅德里格斯參數(shù)描述的目標星姿態(tài)運動學(xué)方程為：(5) (6) 其中，O為目標星的姿態(tài)修正羅德里格斯參數(shù)，13為3 X 3的單位矩陣； 設(shè)非合作目標星的期望姿態(tài)為Od，期望角速度為《 d，則目標星姿態(tài)誤差動力學(xué)/運動學(xué) 方程為：(7) 其中，Oe為姿態(tài)誤差，為角速度誤差，兩者的表達式為： (8) 式(8)中，@表示MRP乘法。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用系繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法， 其特征在于，所述步驟2)中，設(shè)計非合作目標星的姿態(tài)自適應(yīng)接管控制律的方法為： 首先，定義輔助誤差變量:S = CO e+a〇e，a > O，則(9) 其中，1^ = -(?)勺（〇)-[片(耶(〇6)]?<1+1<1+〇化(〇6)?;用||.||表示矢量的歐幾里得 范數(shù)，對MlM進行分析： 由子Wd有界；設(shè)外部擾動Td的歐幾里得范數(shù)滿足IlTdM^ C加 +Cdll I ? I |2，CdO和Cdl均為未知且非負的常數(shù)，貝1J: L 《bo+bi W +b2 W 2 (10) 其中，b〇、bl和b2均為未知且非負的常數(shù)； 然后，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計姿態(tài)自適應(yīng)控制律：(II) 其中，ki和k2為設(shè)計的正常數(shù)，S即（?）為符號函數(shù)，4、寫和4分別是參數(shù)b〇、bi和b2的 估計值，其在線更新律為：將式(9)~（12)帶入上式，并化簡，得： (13) (14)因此，在控制律式(11)及參數(shù)自適應(yīng)律式(12)的控制下，系統(tǒng)一致漸近穩(wěn)定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用系繩推力器的空間非合作目標姿態(tài)聯(lián)合接管控制方法， 其特征在于，所述步驟3)中，接管控制力矩的魯棒分配的具體方法為： 由干梓制力巧由椎力巧系繩化力共同實現(xiàn)，且推力與張力均為嚴格受限，則：(15) 設(shè)a=[ai曰1曰2曰3曰3曰1曰1曰2曰3曰3曰4曰4 a日]，O為13X1的零矩陣；式（15)表示為：0 《F《a; 利用魯棒分配方法將步驟2)計算的控制力矩T分配到真實的控制執(zhí)行量，即12個推力 器的推力和系繩張力上，具體方法如下： 3-1) W燃料消耗最少為目標函數(shù)，將控制分配問題轉(zhuǎn)化為W下的魯棒優(yōu)化問題； 目標函數(shù):min([l 11111111111 0]F)=min(wTF); 約束：T = DF, 0《F《a;約來：利用魯棒優(yōu)化理論，將優(yōu)化問題重寫為： 令 將等式約束轉(zhuǎn)化為不等式約束；(1:6) 其中，hi為包含不確定性的矩陣H的第i行，且在不確定集Si中取值;不確定集馬可用楠 球不確定性描述，即：(17) 表示由測量或辨識得到的各行的標稱值，0 1為與不確定性分布相關(guān)的對稱正定或半 正定矩陣，Ui為與不確定性相關(guān)的列向量，P為不確定性的歐幾里得范數(shù)的上界； 3-2)利用楠球不確定性的特點，利用式(17)化簡式(16)，并利用 min(x^0Ui) = -p| | ?x| 將魯棒優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為錐二次優(yōu)化問題： (18； 最后，利用內(nèi)點法求解上述錐優(yōu)化問題。
【文檔編號】G05D1/08GK105912005SQ201610323425
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】孟中杰, 張志斌, 黃攀峰, 王秉亨, 常海濤, 劉正雄
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)