[发明专利]空间机器人控制器设计方法、装置、电子设备及存储介质

说明书

本申请涉及空间机器人控制技术领域，提供了一种空间机器人控制器设计方法、装置、电子设备及存储介质，方法包括：针对空间机器人跟踪误差动力学和运动学方程，考虑执行器故障，给出本申请研究的对象，同时设定控制目标；引入调节函数、递减函数和界函数，设计一个无估计容错控制器，实现控制目标。本发明具有计算简洁和具备全局稳定性的有益效果。

技术领域

本申请涉及空间机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种空间机器人控制器设计方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

在对地观测、卫星监视、航天器机动、航天器编队飞行、航天器近地作业和在轨服务等空间任务中，空间机器人的姿态跟踪控制是十分重要的过程。随着越来越多的航天器发射升空，失败的航天器数量也在增加。特别地，在轨服务中，空间碎片清除是一项迫切而艰巨的任务，是维护空间安全必须解决的问题。为了有效捕获空间碎片，在最后阶段准确跟踪目标的姿态轨迹是至关重要的。与其他航天器不同的是，几乎所有的空间碎片都是非合作和自由翻滚的，它们的位置和姿态无法预先测量。因此，在控制器设计中不能使用目标轨迹的速度和角速度信息，这将给捕获空间碎片带来很大的困难。

因此，空间机器人的跟踪性能十分重要，特别地，如何在约定时间内收敛到预设的界内，以使空间机器人和空间碎片保持相对静止和姿态同步，对于有效捕获翻滚目标十分必要。

基于上述问题，目前尚未有有效的解决方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种空间机器人控制器设计方法、装置、电子设备及存储介质，能够令姿态跟踪误差在给定的时间内按预设的界收敛到零，以使空间机器人和空间碎片保持相对静止和姿态同步。

第一方面，本申请提供了一种空间机器人控制器设计方法，其中，包括以下步骤：

S1.根据第一预设时间段建立调节函数；

S2.获取空间机器人的姿态跟踪误差，根据所述调节函数和所述姿态跟踪误差计算转换姿态跟踪误差；

S3.预设第一精度值，根据所述第一精度值和所述第一预设时间段建立递减函数；

S4.获取空间机器人的运动学姿态，根据所述转换姿态跟踪误差、所述递减函数和所述运动学姿态计算虚拟控制率；

S5.获取角速度误差，根据所述角速度误差、所述虚拟控制率和所述调节函数计算虚拟角速度误差；

S6.预设界函数，根据所述虚拟角速度误差和所述界函数设计控制器函数。

本申请的空间机器人控制器设计方法，通过根据第一预设时间段建立调节函数；获取空间机器人的姿态跟踪误差，根据调节函数和姿态跟踪误差计算转换姿态跟踪误差；预设第一精度值，根据所述第一精度值和第一预设时间段建立递减函数；获取空间机器人的运动学姿态，根据转换姿态跟踪误差、递减函数和运动学姿态计算虚拟控制率；获取角速度误差，根据角速度误差、虚拟控制率和调节函数计算虚拟角速度误差；预设界函数，根据虚拟角速度误差和界函数设计控制器函数。本方案相比于传统的空间机器人姿态跟踪控制方法，具有以下优势：本方案不采用任何估计算法和自适应控制算法，简化了控制器形式同时也降低了计算复杂度，并且能够在执行器故障的情形下令姿态跟踪误差在给定的时间内按预设的界收敛到零，以使空间机器人和空间碎片保持相对静止和姿态同步。

可选地，本申请提供的空间机器人控制器设计方法，步骤S1的所述调节函数为：

；

其中，表示所述调节函数；表示第一预设时间段内的任意一个时间节点；为时间变量。

通过该调节函数，可以对转换姿态跟踪误差进行定义。

可选地，本申请提供的空间机器人控制器设计方法，步骤S2的计算公式如下：

；