[发明专利]一种航天器多级复合控制的目标姿态协同规划方法及系统

摘要

一种航天器多级复合控制的目标姿态协同规划方法及系统，所设计的航天器多级复合控制系统包括星体一级控制系统和载荷二级控制系统。在航天器大角度敏捷机动过程中要求载荷和星体跟踪同一目标姿态。由于星体控制周期不同，需要在星体平台目标姿态已知的情况下，采用插值方法计算出载荷控制周期Δt2时间内的目标姿态。首先由星体姿态规划算法计算出下一个控制周期Δt1内的目标姿态θbr。然后，载荷在已知Δt1时间内的目标姿态θbr，采用牛顿插值方法计算出每一个Δt2时间内载荷的目标姿态θpr。在星体和载荷每个时间点目标姿态都已知的情况下，航天器多级复合控制系统采用星体和载荷两级PID控制器进行姿态控制，实现航天器光学载荷高稳定控制。

主权项

1.一种航天器多级复合控制的目标姿态协同规划方法，其特征在于包括如下步骤：(1)建立航天器多级复合控制系统动力学模型，确定航天器的敏捷机动最大角加速度、敏捷机动最大角速度ωmax，敏捷机动角度θ，采用正弦路径规划方法对敏捷机动角度θ进行规划，计算航天器的匀加速段时长、匀速段时长和总机动时间；(2)根据步骤(1)航天器的匀加速段时长、匀速段时长和总机动时间，计算航天器机动过程中时刻t时星体的目标角加速度、目标角速度和目标角度变化曲线；(3)设置航天器初始姿态机动时刻t＝0，设置星体目标姿态初始状态θb(t)＝0、载荷目标姿态初始状态θp(t)＝0、设置载荷姿态机动计数标志N＝0；定义载荷姿态最大计数Nmax，定义载荷姿态机动序列数组长度Nseq，以及载荷姿态机动序列数组；(4)判断航天器姿态是否开始机动；若姿态没有开始机动则返回步骤(3)；若姿态开始机动则进行步骤(5)；(5)将t+Δt1的值赋给机动时刻t，计算星体机动时刻t的目标姿态，包括：星体在机动时刻t的目标角加速度、目标角速度、目标姿态；(6)载荷姿态机动计数标志增加1，即N+1的值赋给N；载荷姿态机动序列数组依次左移一列；最左列为星体当前时刻的目标姿态和目标角速度，目标角加速度；(7)判断载荷姿态机动计数标志N是否大于设定的Nmax，若N≤Nmax，则返回步骤(5)；若N>Nmax，则进行步骤(8)；(8)载荷姿态机动计数标志N保持不变，将t+Δt1的值赋给机动时刻t，计算星体在机动时刻t的目标角加速度ab(t)、目标角速度ωb(t)、目标姿态θb(t)；载荷姿态机动序列数组依次左移一列；(9)采用m阶牛顿插值法，计算载荷控制周期Δt2时间的实时载荷目标姿态和目标角速度；(10)根据步骤(5)星体在机动时刻t的目标角加速度ab(t)、目标角速度ωb(t)、目标姿态θb(t)以及步骤(9)得到的载荷目标角速度ωp(t)、目标姿态θp(t)，采用星体和载荷两级姿态控制，计算星体和载荷实时姿态控制量，将星体和载荷实时姿态控制量代入(1)建立的航天器多级复合控制系统动力学模型，进行航天器姿态机动控制；(11)判断航天器当前机动时间t是否大于步骤(1)的姿态总机动时间tm；若t≤tm，返回步骤(5)；若t>tm，则航天器姿态机动结束，实现星体和载荷目标姿态协同规划与多级复合控制。