[发明专利]一种叠加型混合正弦机动路径规划方法

说明书

一种叠加型混合正弦机动路径规划方法，根据卫星快速机动任务需求，以执行机构的过零持续时间及过零后最大动态响应频率为约束，设计出因加速度不断变化而产生的多段叠加设计的机动路径角加速度曲线，在实现角加速度从零开始递增、又递减到零、保证角加速度灵活性的前提下，减小了挠性附件对卫星稳定度的影响，充分考虑了执行机构过零时动态性能不足和过零后动态响应带宽有约束的特性，避免了执行机构过零特性及响应带宽约束带来过大的在轨机动角度偏差，缩短机动到位后机动控制调节时间。

技术领域

本发明属于控制领域，涉及一种航天器的机动路径分段规划方法。

背景技术

超敏捷航天器对航天器快速机动到位后的稳定性提出了很高的研究。对于带有挠性附件的航天器，机动到位后挠性附件的振动是影响航天器姿态稳定性的主要因素。而机动路径规划是解决机动过程中挠性附件振动的有效途径。对于超敏捷机动，由于机动角度大，机动时间短，要求快速加速、快速减速，而控制力矩陀螺动态性有限，特别是过零时动态跟踪性能较差，无法跟踪快速加速度曲线。

以往机动路径规划技术没有结合控制力矩陀螺动态性能进行路径规划。对于超敏捷卫星，若初始加速度过大，则执行机构过零动态性能影响凸显，有明显时延，导致实际机动角度与规划机动角度偏差较大，机动到位后跟踪控制调节时间过长，姿态稳定度指标变差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有路径分化技术的不足，提供了一种叠加混合正弦机动路径规划方法，通过变加速度段加速时间以执行机构的动态性能作为约束，设计多个正弦机动函数叠加，实现正弦机动路径规划。

本发明的技术解决方案是：一种叠加型混合正弦机动路径规划方法，提出了包括11段设计推导过程的机动路径规划方法，具体包括：

将卫星姿态机动的路径划分为时间为[t₀ t₁)的加速率缓慢递增段、时间为[t₁t₂)的加速率快速递增段、时间为[t₂ t₃)的匀加速段、时间为[t₃ t₄)的加速率快速递减段、时间为[t₄ t₅)的加速率缓慢递减段、时间为[t₅ t₆)的匀速滑行段、时间为[t₆ t₇)的减速率缓慢递增段、时间为[t₇ t₈)的减速率快速递增段、时间为[t₈ t₉)的匀减速段、时间为[t₉t₁₀)的减速率快速递减段、时间为[t₁₀ t₁₁]的减速率缓慢递减段共11段，卫星顺序跟踪上述路径完成姿态机动，其中t₀为卫星机动开始时间，t₁₁为卫星机动结束时间，卫星姿态机动设置的最短机动时间T_min＝t₁₁-t₀，上述路径中卫星姿态角加速度a、姿态角速度ω及姿态角θ均通过正弦函数确定。

进一步的，上述姿态角加速度a，以及对应的姿态角速度ω和姿态角θ的确定方法如下：

(201)加速率缓慢递增段[t₀ t₁)，

其中a_smax为控制力矩陀螺确定的力矩变化时加速度数值过零时的最大机动角加速度，a_max为加速度数值不过零时的最大机动角加速度，T₁为加速率缓慢递增时间对应的正弦函数的周期，t_s为控制力矩陀螺过零持续时间；