【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天器姿态控制领域，涉及一种利用系绳推力器的空间非合作目标姿态联合接管控制方法。
技术介绍
接管控制是指利用服务航天器的操作机构与目标航天器形成固定连接后，利用姿轨控制系统接管目标航天器的姿轨控制系统，实现其姿轨控制。随着空间技术的发展，在轨服务受到了越来越多的重视。针对在废弃轨道搁浅的卫星、姿态翻滚造成失效的卫星、姿态指向错误造成无法正常工作的卫星等，如果能利用服务航天器对其进行姿态接管，为其提供辅助变轨、辅助定姿等接管控制，将具有极大的经济效益和社会影响。德国DLR的DEOS(Deutsche Orbital Servicing)项目，欧空局的SMART-OLEV(SMART Orbital Life Extension Vehicle)项目，美国的FREND(Front-end Robotics Enabling Near-term Demonstration)项目等均针对此类问题进行研究和准备开展在轨试验。但是，目前研究的接管控制多是利用服务航天器携带机械臂等刚性空间机器人抓捕目标，然后利用服务航天器的姿轨控制系统接管控制目标航天器。空间绳系机器人是一种新型的刚柔组合空间机器人系统，具有操作距离远、安全、灵活等优势，近年来得到了广泛关注。由于需要远距离逼近目标航天器，空间绳系机器人的操作机构具有推力器。因此，可利用推力器和系绳对目标航天器进行联合接管控制。王东科等人进行了系绳与推力器联合进行目标姿态控制的研究。但是，其将目标惯量视为已知，且未考虑控制量分配、控制量受约束等问题，而认为空间绳系机器人的操作机构可利用推力器输出任...
【技术保护点】
利用系绳推力器的空间非合作目标姿态联合接管控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立空间非合作目标星姿态接管控制模型；2)设计非合作目标星的姿态自适应接管控制律；3)接管控制力矩的鲁棒分配。
【技术特征摘要】
1.利用系绳推力器的空间非合作目标姿态联合接管控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立空间非合作目标星姿态接管控制模型；2)设计非合作目标星的姿态自适应接管控制律；3)接管控制力矩的鲁棒分配。2.根据权利要求1所述的利用系绳推力器的空间非合作目标姿态联合接管控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，建立空间非合作目标星姿态接管控制模型的具体方法为：以OT为空间非合作目标星的质心，建立目标星本体系OTXTYTZT，以OG为操作机构的质心，建立操作机构本体系OGXGYGZG，OC为系绳与操作机构的连接点；为简化建模过程，假设两个坐标系各坐标轴均相互平行，设操作机构质心OG在目标星本体系OTXTYTZT下的坐标为XG＝[xG,yG,zG]；四组操作机构，共12个推力器呈“十”字安装；其中，第1组操作机构(4)与第2组操作机构(5)包含5个正交安装的推力器，第3组操作机构(6)与第4组操作机构(7)各为1个推力器；设每个推力器的推力范围为[0a]N，则12个推力器在操作机构本体系产生的推力及在操作机构本体系的作用点位置为：第一组：第二组：第三组及第四组：为简化建模过程，假设其方向不变且沿操作机构本体系-x方向；因此，设系绳最大拉力为a5N，系绳拉力及作用点在操作机构本体系下表示为：由于操作对象为非合作目标，测量装置和执行机构均安装于空间绳系机器人的操作机构上，因此，在操作机构本体系下，建立空间非合作目标性的姿态动力学方程为： J ω · + ω × J ω = T + T d - - - ( 1 ) ]]>其中，J为目标星转动惯量矩阵，ω为目标星的角速度，×为叉乘算子，Td为干扰力矩，T＝Tc+Tt为控制力矩，Tc为推力器产生的控制力矩： T c = Σ i = 1 5 ( X G + X 1 ) × F i + Σ i = 6 10 ( X G + X 2 ) × F i + ( X G + X 3 ) × F 11 + ( X G + X 4 ) × F 12 - - - ( 2 ) ]]>Fi为第i个推力器对应的推力，i为推力器的标号，Tt为系绳产生的控制力矩：Tt＝(XG+X5)×F13 (3)则控制力矩T化简为： T = T c + T t = D F = 0 ( z G + z 1 ) - ( y G + y 1 ) 0 - ( z G + z 1 ) ( y G + y 1 ) ( z G + z 1 ) 0 - ( x G + x 1 ) ( y G + y 1 ) - ( x G + x 1 ) 0 - ( y G + y 1 ) ( x G + x 1 ) 0 0 ( z G + z 2 ) - ( y G + y 2 ) 0 - ( z G + z 2 ) ( y G + y 2 ) - ( z G + z 2 ) 0 ( x G + x 2 ) ( y G + y 2 ) - ( x G + x 2 ) 0 - ( y G + y 2 ) ( x G + x 2 ) 0 - ( y G + y 3 ) ( x G + x 3 ) 0 ( y G + y 3 ) - ( x G + x 3 ) 0 0 - ( z G + z 5 ) ( y G + y 5 ) T F 1 x F 2 x F 3 y F 4 z F 5 z F 6 x F 7 x F 8 y F 9 z F 10 z F 11 z F 12 z F 13 x - - - ( 4 ) ]]>其中，D为控制量分配矩阵，F为执行器组成的列向量；利用修正罗德里格斯参数描述的目标星姿态运动学方程为： σ · = G ( σ ) ω - - - ( 5 ) ]]> G ( σ ) = 1 4 [ ( 1 - σ T σ ) I 3 + 2 σ × + 2 σσ T ] - - - ( 6 ) ]]>其中，σ为目标星的姿态修正罗德里格斯参数，I3为3×3的单位矩阵；设非合作目标星的期望姿态为σd，期望角速度为ωd，则目标星姿态误差动力学/运动学方程为： σ · e = G ( σ e ) ω e J ω · e = - ( ω ) × J ( ω ) - Jω d + T + T d - - - ( 7 ) ]]>其中，σe为姿态误差，ωe为角速度误差，两者的表达式为： σ e = σ ⊗ σ d - 1 = ( 1 - σ d T σ d ) σ + ( σ T σ - 1 ) ...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟中杰，张志斌，黄攀峰，王秉亨，常海涛，刘正雄，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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