[发明专利]一种航天器姿态跟踪低复杂度预设性能控制方法

摘要

本发明公开了一种航天器姿态跟踪低复杂度预设性能控制方法，首先建立航天器姿态跟踪运动模型，其次预设性能指标设计，然后对姿态跟踪控制模型进行非线性映射，最后进行无模型鲁棒控制器设计。本发明在惯量矩阵未知、包含未知外部干扰的条件下，该控制方法可实现航天器的姿态跟踪控制。由于所设计控制器不依赖具体的系统模型，鲁棒性较强，因此该无模型控制方法不仅具有较高的理论意义，还具有较强的工程应用价值；本发明控制器的计算过程不存在参数辨识、迭代优化计算等高复杂度计算过程，且不需要繁琐的调参过程，因此所设计控制器是低复杂度的。该方法的低复杂度特性使得其控制器能够在线计算，更符合现今空间任务实时计算的要求。

主权项

1.一种航天器姿态跟踪低复杂度预设性能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：航天器姿态跟踪运动模型；具体方法如下：/n航天器姿态跟踪运动学模型为：/n /n其中：为航天器姿态角速度；为三阶单位矩阵；针对任意向量算子[γ^×]定义为：/n /n航天器姿态跟踪动力学模型为：/n /n其中：为对称正定的惯量矩阵；和分别为控制输入和未知外部干扰；/n步骤二：预设性能指标设计，具体方法如下：/n定义如下所示预设性能边界PPF：/n /n其中，预设性能参数均大于0；对于姿态跟踪误差其中为期望姿态四元数的第i维，对于条件：/n /n其中，δ_i为预设性能参数；/n上述条件能够简化为如下统一形式：/nL_iα_i(t)<e_i(t)<U_iα_i(t) (5)/n其中：/n /n /n步骤三：对姿态跟踪控制模型进行非线性映射，具体方法如下：/n针对式(1)(2)所示的姿态跟踪运动系统中的状态变量x＝[q^T ω^T]^T，选择非线性映射函数为：/n /n对状态变量进行非线性映射，得到如下所示映射非线性系统：/n /n其中：/n步骤四：无模型鲁棒控制器设计，具体方法如下：/n设计的无模型鲁棒控制器为：/nτ＝-sgn(G)kR^-1Qs/(1-s^TQs) (8)/n其中：为一正定对称对角方阵；s_i由如下所示函数定义/ns_i(e_i(t))＝P_i(e_i(t)/α_i(t)), (9)/n其中，e_i(t)为姿态跟踪误差，α_i(t)为预设性能函数；/n对于标量ξ，函数P_i(ξ)定义为/nP_i(ξ)＝ln[(ξ-L_i)/(U_i-ξ)],i＝1,2,3； (10)/n 其中且/nG＝(R^-1Qs)^Tg^T(x)(R^-1Qs) (11)。/n