一種太空飛行器相對運動的採樣控制方法
2023-10-10 20:53:14
專利名稱：一種太空飛行器相對運動的採樣控制方法
技術領域：
本發明涉及一種太空飛行器的採樣控制方法。
背景技術：
連續推力看控制是一種重要的太空飛行器軌道機動控制形式，在太空飛行器自主交會、編隊飛行、空間站停靠等多種太空飛行器相對運動任務中獲得廣泛應用。目前很多利用連續推力形式的軌道機動控制方法完全基於連續系統模型和連續控制器形式。但隨著計算機技術的飛速發展，實際工程中採用的控制器多為數位訊號形式的計算機系統。在這種系統中，控制過程需要利用採樣器對太空飛行器相對運動狀態進行固定時間間隔的採樣，控制器對採樣信號進行數字處理並產生相應的離散控制信號，通過零階保持器將控制信號輸入軌道推進器使其產生連續的控制推力驅動太空飛行器進行相應的軌道機動。這個過程實際上是一個採樣控制過程，採樣點的間隔時間是採樣控制的重要參數，也可以把這個採樣間隔時間看作是數字計算機的處理周期。綜上，目前採用連續信號形式設計控制器時通常假設測量信號和控制信號均為嚴格的實時信號，忽略了數字控制器的處理周期，因此在實際應用中難以獲得預期的控制效果。此外，由於多種複雜因素的影響，太空飛行器軌道推進器在採樣時刻產生的推力與控制器計算的期望推力之間存在難以測定的偏差，這也將很大程度上影響軌道機動的精確性和安全性。
發明內容
本發明為解決採用現有的太空飛行器相對運動的採樣控制方法忽略了數字控制器的處理周期和偏差，影響太空飛行器軌道的精確性和安全性的問題，進而提供了一種太空飛行器相對運動的採樣控制方法。本發明為解決上述技術問題採取的技術方案是所述太空飛行器相對運動的採樣控制方法由以下步驟實現的1. 一種太空飛行器相對運動的採樣控制方法，其特徵在於所述採樣控制方法由以下步驟實現的步驟A、建立太空飛行器相對運動動力學模型設兩個太空飛行器為追蹤太空飛行器和目標太空飛行器，目標軌道為近似圓軌道，以目標太空飛行器作為原點建立相對運動坐標系將目標太空飛行器的質心作為坐標系原點O，OX軸位於目標太空飛行器軌道平面內，正向為地心指向太空飛行器方向；oy軸為目標太空飛行器運行方向；oz軸垂直於軌道平面並與其他兩軸構成右手直角坐標系；設追蹤太空飛行器相對於目標太空飛行器的相對位置在x，y及Z軸上的分量為X(t)、y (t) 和ζ (t)，相對運動速度在相應坐標軸上的分量為對0、夕⑴和i⑴，則相對運動狀態向量為 X(0 = [x(0,y(t),z(t),x(t),y(t\i(0f ；設 ux(t)、uy(t)和 uz(t)分別為作用在 χ、y 和 ζ 軸上的控制推力，則控制輸入向量定義為u(t) = [ux(t)，uy(t)，uz(t)]T;追蹤太空飛行器質量為m，則相對運動的狀態空間的系統方程可以寫為
= + (1) 式中A為系統狀態矩陣，B為輸入矩陣，分別有如下形式
權利要求
1. 一種太空飛行器相對運動的採樣控制方法，其特徵在於所述採樣控制方法由以下步驟實現的步驟A、建立太空飛行器相對運動動力學模型設兩個太空飛行器為追蹤太空飛行器和目標太空飛行器，目標軌道為近似圓軌道，以目標太空飛行器作為原點建立相對運動坐標系將目標太空飛行器的質心作為坐標系原點O，ox軸位於目標太空飛行器軌道平面內，正向為地心指向太空飛行器方向；oy軸為目標太空飛行器運行方向；oz軸垂直於軌道平面並與其他兩軸構成右手直角坐標系；設追蹤太空飛行器相對於目標太空飛行器的相對位置在X，y及ζ軸上的分量為x(t)、y(t) 和ζ (t)，相對運動速度在相應坐標軸上的分量為對O、夕⑴和i⑴，則相對運動狀態向量為 X(0 = [x(0,y(t),z(t),x(t),y(t\i(0f ；設 ux(t)、uy(t)和 uz(t)分別為作用在 χ、y 和 ζ 軸上的控制推力，則控制輸入向量定義為u(t) = [ux(t)，uy(t)，uz(t)]T;追蹤太空飛行器質量為m，則相對運動的狀態空間的系統方程可以寫為
全文摘要
一種太空飛行器相對運動的採樣控制方法，它涉及一種太空飛行器的採樣控制方法。本發明為解決採用現有的太空飛行器相對運動的採樣控制方法忽略了數字控制器的處理周期和偏差，影響太空飛行器軌道的精確性和安全性的問題。步驟A建立太空飛行器相對運動動力學模型；步驟B對兩個太空飛行器相對狀態進行採樣；步驟C利用步驟B中所述的扇形區域的上下邊界線構造M和N矩陣；步驟D求得相應的狀態反饋控制律；步驟E引入兩個正定對稱矩陣P和Q並定義如下李亞普諾夫泛函；步驟F求得交會過程完成並且推力滿足公式(3)上界約束條件；步驟G利用MATLAB軟體中線性矩陣不等式(LMI)工具箱求可行解。本發明的採樣控制方法用於設計太空飛行器控制器。
文檔編號G05D1/10GK102354218SQ20111017225
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者孫光輝, 楊學博, 高會軍 申請人:哈爾濱工業大學