基於模型不確定界的行星著陸軌跡跟蹤魯棒控制方法

2023-06-11 20:35:21 2

專利名稱：基於模型不確定界的行星著陸軌跡跟蹤魯棒控制方法
技術領域：
本發明涉及一種基於模型不確定界的行星著陸軌跡跟蹤魯棒控制方法，尤其涉及一種在行星著陸過程中探測器受到多源擾動條件下的軌跡跟蹤控制方法，屬於深空探測制導與控制技術領域。
背景技術：
在行星著陸過程中，存在著天體引力場不確知、外界幹擾等相關不確定性因素，且這些不確知因素帶來的攝動將隨著探測器高度的下降不斷增大，這就需要探測器的跟蹤控制算法對未知因素具有一定的處理能力。通常對於月球探測任務，由於對目標天體的長時間觀測，事先獲得了較為完備的天體特性信息，因此基於地面站的控制策略已成為對其進行接近操作過程中的常規模式。 然而，對於深空探測任務，目前並不具備對其進行長期觀測的條件，在下降段探測任務中動力學環境複雜，可利用觀測手段有限。尤其對於具有不規則引力場特性的行星著陸控制而言，一個很小的控制偏差會導致最終著陸器與目標著陸點的大範圍偏離，因此整個階段的控制精度要達到百米以內的可靠著陸性能就變得極具挑戰性，同時控制機構的非線性特性進一步加劇了問題解決的難度。這就需要具有較強自主性和魯棒性的跟蹤控制方法，以實現行星表面高精度的著陸任務。在先技術[I]中(參見J. Zhang, L. Y. Yang, G. Z. Shen. Modeling and AttitudeControl of Aircraft with Center of Gravity Variations. IEEE Aerospace ConferenceProceedings. 2009:3108-3118.)，著重針對系統模型中的不確知參數特性，在控制律的設計中引入對模型參數的估計，並給出適當的參數估計調整律，使得控制系統得到穩定。該方法在一定程度上緩解了天體引力場模型參數不確定性對著陸軌跡跟蹤的不利影響，然而該方法所做假設與簡化條件過多，且並未考慮控制機構的開啟關閉時間約束，很難得到廣泛應用。

發明內容
本發明的目的在於針對由於行星表面環境模型不精確、參數時變，以及形狀不規貝U、質量分布不均勻等複雜多變特性，給行星著陸控制系統帶來的影響，提出一種基於模型不確定界的行星探測器著陸軌跡跟蹤魯棒控制方法。本方法考慮目標天體引力模型與外界幹擾等不確定因素對軌跡跟蹤的影響，引入模型不確定界的設計理念，通過設計魯棒反饋控制律，併兼顧控制機構的非線性特性，確保實際狀態軌跡與前饋制導設計軌跡的偏離量不超過期望的界，從而優化多源擾動下的行星探測器著陸軌跡跟蹤性能。本發明的技術方案具體包括如下步驟步驟1，在目標天體質心固連坐標系下，建立探測器誤差動力學模型Si = A(5x + BSn + B [傘(Crx) - g(Crx)] + BdQ)
權利要求
1.基於模型不確定界的行星著陸軌跡跟蹤魯棒控制方法，其特徵在於包括以下步驟 步驟1，在目標天體質心固連坐標系下，建立探測器誤差動力學模型
2.根據權利要求I所述的基於模型不確定界的行星著陸軌跡跟蹤魯棒控制方法，其特徵在於所述目標天體質心固連坐標系的原點在小行星的質量中心，ζ軸沿小行星最大慣量軸方向，X軸沿曆元時刻小行星最小慣量軸所指方向，y軸與X軸、ζ軸之間滿足右手法則。
全文摘要
本發明涉及一種基於模型不確定界的行星著陸軌跡跟蹤魯棒控制方法，尤其涉及一種在行星著陸過程中探測器受到多源擾動條件下的軌跡跟蹤控制方法，屬於深空探測制導與控制技術領域。本方法考慮目標天體引力模型與外界幹擾等不確定因素對軌跡跟蹤的影響，引入模型不確定界的設計理念，通過設計魯棒反饋控制律，併兼顧控制機構的非線性特性，確保實際狀態軌跡與前饋制導設計軌跡的偏離量不超過期望的界，從而優化多源擾動下的行星探測器著陸軌跡跟蹤性能；能有效地克服多源擾動和系統不確定性對探測器著陸飛行軌跡的影響，提高了探測器系統的控制性能，使行星探測器著陸飛行控制精度得到了保障。
文檔編號G05D1/10GK102968124SQ20121049907
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者高艾, 崔平遠, 徐瑞, 朱聖英, 胡海靜 申請人:北京理工大學