[发明专利]柔性空间结构姿态振动一体化控制方法、装置和存储介质

权利要求书

1.柔性空间结构姿态振动一体化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，针对柔性空间结构，定义结构参数；

步骤2，计算得到动力学方程；

步骤3，计算得到状态方程；

步骤4，计算得到测量输出方程；

步骤5，计算得到控制输出方程；

步骤6，计算得到优化输出方程；

步骤7，建立第一控制闭环中的鲁棒限频控制器；

步骤8，建立优化指标；

步骤9，根据优化指标，求解最优化问题；

步骤10，基于频域校正方式，建立第二控制闭环中的PD控制器；

步骤11，将步骤7和步骤10中设计的控制器分别加载到第一控制闭环和第二控制闭环中，联合运行，实现姿态振动一体化控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：定义如下结构参数：φ表示航天器姿态转角，λ表示航天器的结构半径，J₀表示航天器的转动惯量，β表示柔性结构的截面惯性矩，η表示柔性结构单位长度上的质量密度，ρ表示柔性结构的长度，m表示柔性结构可能附带的尖端质量，ε₁表示柔性结构的阻尼系数，ε₂表示柔性结构的弹性模量，γ表示柔性结构尖端的形变量，θ表示整个空间结构的姿态转角，α＝[α₁α₂…α_n]^T表示柔性结构的广义模态坐标向量，α_n表示第n阶振动模态，n表示模态的个数，ξ_i(·)表示第i个模态振型函数，i＝1,2,…n；O₁-X₁Y₁是固连在航天器上的坐标系，其中，O₁是坐标系原点，O₁X₁是坐标系横轴，O₁Y₁是坐标系纵轴；O₂-X₂Y₂是固连在柔性结构上的坐标系，其中，O₂是坐标系原点，O₂X₂是坐标系横轴，O₂Y₂是坐标系纵轴。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：所述动力学方程如下所示：

其中，表示质量矩阵，表示阻尼矩阵，表示刚度矩阵，表示系数矩阵；σ是新引入的一个n+1维状态向量，和分别是σ的一阶和二阶导数；u表示第一控制闭环中的鲁棒限频控制器产生的控制输入，v表示第二控制闭环中PD控制器产生的控制输入，σ^T＝[φα^T]，且

其中，x表示的是柔性结构沿O₂X₂轴方向的空间变量，dx表示的是x的微分。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括：设置向量则由步骤2中动力学方程得到如下状态方程：

其中，是新定义的一个状态向量，由和σ构成，是的一阶导数，A是状态矩阵，B是输入矩阵，

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4包括：选择变量φ，γ，作为能够实际测量的变量，得到如下测量输出方程：

其中，z是测量向量，F是测量矩阵，如下所示：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤5包括：选择整个空间结构的姿态转角θ作为控制变量，得到如下控制输出方程：

其中，y₁是控制输出向量，F₁是控制输出矩阵，0_1×(n+1)表示一个元素全为0的矩阵，该矩阵行数为1，列数为n+1。