[发明专利]一种基于LPV技术的航天器姿态跟踪控制方法与装置

权利要求书

1.一种基于LPV技术的航天器姿态跟踪控制方法，其特征在于，包括：

基于航天器的实际姿态信息与目标姿态信息间的姿态信息偏差，以及所述航天器的模型非线性项和变参数控制增益，生成对所述航天器中执行机构的力矩控制指令，以供所述执行机构根据所述力矩控制指令输出实际控制力矩；

基于所述实际控制力矩，跟踪调节所述航天器的姿态；

其中，所述模型非线性项为所述航天器的姿态系统的非线性分量，所述变参数控制增益为事先基于建立的航天器姿态跟踪线性变参数LPV模型，通过进行基于LPV的鲁棒H_∞性能综合条件的推导，并进行变参数控制增益解算获取的；

在所述基于航天器的实际姿态信息与目标姿态信息间的姿态信息偏差，以及所述航天器的模型非线性项和变参数控制增益，生成对所述航天器中执行机构的力矩控制指令的步骤之前，还包括：

基于所述执行机构的实际输出力矩，利用所述航天器的姿态跟踪动力学模型，获取所述实际姿态信息；

其中，所述姿态跟踪动力学模型为事先通过对所述航天器进行姿态跟踪动力学建模获取的；

通过对所述航天器进行姿态跟踪动力学建模，获取所述姿态跟踪动力学模型的步骤进一步包括：

采用修正罗德里格斯参数，描述所述航天器的姿态，并推导航天器当前姿态与目标姿态间的姿态偏差；

基于所述当前姿态、所述目标姿态和姿态偏差公式，建立所述航天器的相对姿态动力学方程和相对姿态运动学方程；

相应的，在基于建立的所述航天器姿态跟踪线性变参数LPV模型，进行基于LPV的鲁棒H_∞性能综合条件的推导的步骤之前，所述方法还包括：

选取所述姿态偏差作为所述姿态系统的变参数，对所述航天器进行姿态跟踪LPV建模，获取所述航天器姿态跟踪线性变参数LPV模型；其中，在进行航天器姿态跟踪线性变参数LPV模型的建立时，选取与航天器的姿态偏差对应的修正罗德里格斯参数偏差作为姿态系统的变参数，得到系统LPV模型为：

式中，航天器的模型非线性项u表示标称的执行机构输出力矩，x^T＝[ω_e^T σ_e^T]表示系统变参数，取为修正罗德里格斯参数偏差，J表示航天器转动惯量，表示航天器与目标航天器之间的姿态角偏差，ω_e表示姿态角速度偏差，航天器的姿态角速度为航天器目标姿态角速度为ω_e＝ω-R_bd(σ_e)ω_d，d表示外部扰动，R_bd表示航天器与目标航天器姿态旋转矩阵，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行机构具体为混合执行机构；

相应的，所述方法还包括：

基于所述混合执行机构的机构特性，通过设定相应的权重系数，对所述力矩控制指令进行力矩指令分配。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述航天器姿态跟踪线性变参数LPV模型，进行基于LPV的鲁棒H_∞性能综合条件的推导的步骤进一步包括：

基于所述航天器姿态跟踪线性变参数LPV模型，构建航天器线性变参数系统的状态空间模型；

通过对所述航天器线性变参数系统的不确定性分析和控制需求分析，设定鲁棒H_∞性能指标约束条件，以使所述状态空间模型的闭环系统稳定收敛。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述进行变参数控制增益解算的步骤进一步包括：

网格化所述状态空间模型对应的变参数空间，并通过对每个变参数空间网格进行基于LPV的鲁棒H_∞性能综合条件的推导过程，进行所述鲁棒H_∞性能指标约束条件的验证。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：设定所述状态空间模型的二次性能指标约束，并基于所述状态空间模型的二次性能指标，设定变参数控制增益约束。