[发明专利]航天器双环滑模变结构姿态控制参数优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种姿态控制参数优化方法，具体讲是涉及一种航天器双环滑模变结构姿态控制参数优化方法，其属于宇航控制领域。

背景技术

在航天器做空间交会对接任务时，要求航天器能进行大角度姿态快速机动且功耗少。另外，由于该任务姿态角变化范围大，角速度变化剧烈，且随着燃料的消耗以及挠性附件的变动，其转动惯量变化大，同时受外部干扰力矩的作用，导致对航天器的控制具有很大的不确定性。因此具有较好鲁棒性的航天器控制系统是现今研究热点。

由于滑模变结构控制能对不确定对象进行有效控制，因此近年在航天器控制领域得到了广泛的应用。另外，采用双环滑模变结构控制器来实现航天器姿态控制跟踪，会存在控制力矩过大的问题。优化控制器参数能很好地改善航天器姿态控制性能。控制器参数的优化选择成为航天器控制研究的重要部分。

控制器都包括多个设计参数,且参数之间存在一定的耦合关系,参数的选择决定了控制器的性能。对控制器参数优化设计中,以往大多依赖于设计者的经验来选择设计参数,或者以单一目标进行优化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提出一种航天器双环滑模变结构姿态控制参数优化方法，其基于多目标遗传算法，在控制力矩约束条件下,得到一组最优控制器参数，使得航天器姿态机动能既稳定快速又低能耗。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为航天器双环滑模变结构姿态控制参数优化方法，其步骤如下：

S1、参数编码。

S2、初始化种群。

S3、计算每个个体的适应值。

S4、对种群进行选择、交叉、变异操作。

S5、终止条件为给定的最大进化代数和最佳优化值是否连续若干代都没有变化。据此判断重复S4或者终止优化,给出最优解。

其中，步骤S1中，优化参数为K＝[k₁、k₂、ρ₁、ρ₂]，采用四维二进制编码。其中K为双环滑模控制器的参数。

步骤S2中，随机产生m个个体，并使步骤S1中K值都大于0。

步骤S3中，构造适应度函数为：

F(K)＝σ₁T(k₁、k₂、ρ₁、ρ₂)+σ₂W(k₁、k₂、ρ₁、ρ₂)   (1)

其中σ₁和σ₂为可变权重系数，σ₁+σ₂＝1。

T为航天器达到期望姿态所用的时间，如下：