[发明专利]一种自旋状态下相对滚动容错控制方法

说明书

本发明公开了一种自旋状态下相对滚动容错控制方法，可用于某些在轨服务过程中相对姿态控制任务。对于某些针对在轨服务飞行器，一般配备相对位姿测量设备以获取服务飞行器与服务对象之间的相对位置与相对姿态信息。作为服务飞行器控制系统的关键组成部分，相对位姿测量设备决定着轨服务任务的成败。但是目前的相对位姿测量设备受到各种各样工作环境的约束，一旦这些设备不能正常输出数据，在轨任务将无法正常开展。本发明提供了一种相对姿态控制中的姿控系统容错控制策略，在设备正常工作的过程中突然停止数据输出时，能够自主重构姿控系统，并以最小系统的形式保证服务飞行器姿态的稳定输出，保证在轨服务任务的顺利开展。

技术领域

本发明涉及空间安全与维护技术，具体涉及一种自旋状态下相对滚动容错控制。

背景技术

随着航天技术应用领域的飞速拓展，空间在轨服务受到越来越多的重视，空间服务飞行器由于任务的特殊性，一般配备机械臂进行抓持维修。某些失效故障飞行器，往往呈现自旋章动的运动特性，在进行此类飞行器的抓捕时，为保证机械臂的抓捕环境，平台往往也呈现自旋状态以减小两星的相对动态，除此之外还需要进行相对滚动控制以保证机械臂良好的抓捕视角。而在超近距离进行抓捕时，往往严重依赖相对测量设备进行目标相对滚动控制，当测量设备突然失效时，无法保证相对滚动姿态控制的准确性，导致机械臂抓捕目标失败。亟需研究一种在相对测量设备失效情况下仍旧满足相对滚动控制约束的容错控制方法，有效提高系统的可靠性。

发明内容

针对自旋状态下具有相对滚动控制约束的飞行器，本发明提出了一种在相对测量设备突然失效情况下的相对滚动容错控制方法。

本发明技术方案是：自旋状态下相对滚动容错控制方法，包括：

在相对测量设备有效的情况下，根据相对测量设备测量得到相对位姿信息，采用视线指向与相对滚动控制的相对姿态控制策略实现三轴相对姿态控制；

在相对测量设备失效的情况下，仅依赖于服务飞行器自身绝对测量数据，采用惯性指向与滚动积分递推的相对姿态控制策略实现三轴相对姿态控制。

优选的，在相对测量设备有效的情况下，在三轴相对姿态控制过程中，实时将基于相对测量设备进行目标姿态估计得到的相对滚动角与预设的阈值进行判断，当超出阈值时，采用视线指向与相对滚动控制的相对姿态控制策略实现三轴相对姿态控制；否则，仅依赖于服务飞行器自身绝对测量数据，采用惯性指向与滚动积分递推的相对姿态控制策略实现三轴相对姿态控制。

优选的，所述预设的阈值在飞行器所携带载荷的能力范围内设置，设置原则为动态机动能力较强、可达范围较广的载荷对应的阈值大于动态机动能力较弱或可达范围较小的载荷对应的阈值。

优选的，惯性指向控制为滚动轴姿态转入惯性保持，采用惯性积分的形式进行控制；俯仰、偏航轴转入惯性指向，采用惯性空间定向保持的形式进行控制。

优选的，惯性积分的形式进行控制方式如下：

ω_ctrlx＝ω_bix-ω_aim

其中为服务飞行器滚动控制姿态角，初值为0；T_ctrl为控制周期，k代表控制过程中的迭代次序；ω_ctrlx为滚动轴的控制角速度，ω_bix为服务飞行器绝对角速度在服务飞行器本体系下X轴方向分量；ω_aim为在相对测量设备有效的情况下，得到的连续记录的目标本体系下描述的目标自旋角速度ω_tbix的均值。

优选的，俯仰、偏航轴的惯性指向方向由地面上注或者服务飞行器上自行确定。

优选的，俯仰、偏航轴的惯性指向方向为在相对测量设备有效的情况下，得到服务飞行器本体坐标系下的两星相对位置矢量在惯性系下的投影。