[发明专利]非合作目标组合体航天器的数据驱动姿态控制器设计方法

说明书

一种非合作目标组合体航天器的数据驱动姿态控制器设计方法，本发明涉及非合作目标组合体航天器的数据驱动姿态控制器设计方法。本发明为了解决设计非合作目标组合体航天器姿态稳定控制器时，组合体航天器参数未知，导致航天器设计过程复杂的问题。本发明包括：一：建立非合作目标组合体航天器姿态控制的姿态运动学方程与姿态动力学方程；二：根据步骤一得到线性化姿态方程，其中系统矩阵参数未知；三：根据得到的线性化姿态方程采用参量李雅普诺夫方程设计Kleinman迭代算法的初始反馈增益K₀；四：根据设计的初始反馈增益K₀采用数据驱动的方法，设计非合作目标组合体航天器姿态控制器。本发明用于航天器控制领域。

技术领域

本发明涉及航天器控制领域，具体涉及非合作目标组合体航天器的数据驱动姿态控制器设计方法。

背景技术

在轨服务任务中，涉及到越来越多的非合作目标航天器。因为非合作目标航天器的众多参数都是未知的，因此在和服务航天器对接形成组合体之后，必然会造成新组合体质量质心位置、惯量参数的未知，同时给系统引入未知动量，给服务航天器带来很明显的扰动，航天器的姿态可能瞬间发生巨大的改变，原航天器的姿态控制系统很难在较短的时间内实现姿态稳定，这将给航天器在太空中相关任务的执行或者在轨稳定运行带来很多困扰，甚至可能导致航天器控制系统的崩溃。因此，维持姿态系统的稳定是服务航天器与非合作目标对接后能够正常工作的前提，如何消除并预防非合作目标给新组合体姿态控制造成的影响是至关重要的。但是，由于非合作目标组合体航天器的众多参数未知，依然采用动量轮或喷气装置按照预定的控制逻辑进行控制，则无法保证组合体航天器姿态稳定，因此需要采用一种新的方法，避开航天器自身的系统参数，设计组合体航天器姿态稳定控制器。

发明内容

本发明的目的是为了解决设计非合作目标组合体航天器姿态稳定控制器时，组合体航天器参数未知，导致航天器设计过程复杂的缺点，而提出一种非合作目标组合体航天器的数据驱动姿态控制器设计方法。

一种非合作目标组合体航天器的数据驱动姿态控制器设计方法包括以下步骤：

步骤一：建立非合作目标组合体航天器姿态控制的姿态运动学方程与姿态动力学方程；

步骤二：根据步骤一建立的非合作目标组合体航天器姿态控制的姿态运动学方程与姿态动力学方程得到线性化姿态方程，其中系统矩阵参数未知；

步骤三：根据步骤二得到的线性化姿态方程采用参量李雅普诺夫方程设计Kleinman迭代算法的初始反馈增益K₀；

步骤四：根据步骤三设计的初始反馈增益K₀采用数据驱动的方法，设计非合作目标组合体航天器姿态控制器。

本发明的有益效果为：

本发明提出基于参量Lyapunov方程的非合作目标组合体航天器的数据驱动姿态控制器设计方法。本发明所提出的方法最显著的优点是，针对参数未知情况下的非合作目标组合体航天器姿态控制系统，设计者将Kleinman迭代算法的思想引入到航天器姿态控制器设计过程中，通过适当的等效变换，有效避开了系统参数矩阵和，直接利用系统的输入输出数据进行迭代，从而获得使组合体航天器姿态控制系统稳定的线性全局镇定近似最优控制器。

通过步骤二设计的基于参量Lyapunov方程，设计了一类控制器，在不依赖系统参数的具体值的情况下，使得线性化系统在稳定的前提下，达到一定收敛速度。并作为初始控制器以启动步骤三中所提出的最优控制器迭代方法，得到使非合作目标组合体航天器姿态控制系统稳定的线性全局镇定近似最优控制器，并且控制器效果说明：仿真结果中，图2和图3可以看出在经过20次迭代后，即可得到使组合体航天器姿态控制系统稳定的近似最优控制器。图4-图10的对比中可以显示所的控制器的控制效果与理论最优控制器相近。

附图说明

图1是地心惯性坐标系和卫星参考坐标系示意图；