一种基于混合执行机构的空间高动态目标高精度姿态跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合执行机构的空间高动态目标高精度姿态跟踪控制方法，包括如下步骤：卫星的初始状态为执行常规观测任务，对混合执行机构进行配置，在目标卫星进入观测窗口后，卫星根据动态成像姿态调整策略进行姿态调整；利用基于递阶饱和操控律的机动方法进行快速机动，捕获目标卫星后，采用基于“反步法”的动态姿态跟踪控制方法进行姿态动态跟踪；通过混合执行机构零运动操控律实现由SGCMG和RW组成的混合执行机构的协同控制，从而实现卫星对目标卫星持续高精度跟踪和动态成像。本发明专利技术实现了卫星快速机动高精度姿态跟踪控制，并且通过混合执行机构零运动控制同时避免了RW饱和以及SGCMG的奇异问题。

A high precision attitude tracking control method for space high dynamic targets based on hybrid actuators

The invention discloses a high precision attitude tracking control method of high dynamic target based on the hybrid actuator, which includes the following steps: the initial state of the satellite is to perform the conventional observation task, configures the hybrid actuator, and after the target satellite enters the observation window, the satellite based on the dynamic imaging attitude adjustment strategy. The attitude adjustment is carried out; the dynamic attitude tracking control method based on the \backstepping\ dynamic attitude tracking control method is carried out by using the maneuvering method based on the hierarchical saturated control law to capture the target satellite, and the coordination of the hybrid execution mechanism composed of SGCMG and RW is realized by the zero motion control law of the hybrid actuator. Control, so as to achieve continuous high precision tracking and dynamic imaging of satellites. The invention realizes the high precision attitude tracking control of the satellite fast maneuver, and avoids the RW saturation and the singular problem of SGCMG through the zero motion control of the hybrid actuator.

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合执行机构的空间高动态目标高精度姿态跟踪控制方法
本专利技术涉及卫星姿态控制
，尤其是一种基于混合执行机构的空间高动态目标高精度姿态跟踪控制方法。
技术介绍
随着空间活动日益频繁，在轨运行卫星数目急剧增加，针对失效卫星和空间碎片的监测等任务需求越来越迫切。此外，在轨运行卫星数量增加也带来了卫星碰撞等危险，例如2009年美国的铱33卫星与俄罗斯已经报废的Cosmos2251卫星相撞，对在轨卫星的监测也成为热点。地面站观测为传统的监测方式，但我国地面站分布不广，并且天文望远镜口径大小影响地面站观测的分辨率。除此之外，还可以通过卫星从天基近距离对失效卫星、空间碎片等进行观测，这种观测方式极大地提高了分辨率，诸如预警卫星等动态跟踪高分辨率成像卫星应运而生。典型的预警系统包括美国国防支援计划、天基红外系统和俄罗斯的“眼睛”系列预警卫星、“预报”系列预警卫星。针对空间高动态目标卫星跟踪成像，传统的“rest-to-rest”控制算法无法满足精度要求。目前，国内外关于卫星目标跟踪快速机动已经有相关的研究。国防科学技术大学航天科学与工程学院的周伟敏设计了一种比例微分(PD)反馈控制和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合执行机构的空间高动态目标高精度姿态跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)卫星的初始状态为执行常规观测任务，对混合执行机构进行配置，在目标卫星进入观测窗口后，卫星根据动态成像姿态调整策略进行姿态调整；(2)利用基于递阶饱和操控律的机动方法进行快速机动，捕获目标卫星后，采用基于“反步法”的动态姿态跟踪控制方法进行姿态动态跟踪；(3)通过混合执行机构零运动操控律实现由SGCMG和RW组成的混合执行机构的协同控制，从而实现卫星对目标卫星持续高精度跟踪和动态成像。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合执行机构的空间高动态目标高精度姿态跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)卫星的初始状态为执行常规观测任务，对混合执行机构进行配置，在目标卫星进入观测窗口后，卫星根据动态成像姿态调整策略进行姿态调整；(2)利用基于递阶饱和操控律的机动方法进行快速机动，捕获目标卫星后，采用基于“反步法”的动态姿态跟踪控制方法进行姿态动态跟踪；(3)通过混合执行机构零运动操控律实现由SGCMG和RW组成的混合执行机构的协同控制，从而实现卫星对目标卫星持续高精度跟踪和动态成像。2.如权利要求1所述的基于混合执行机构的空间高动态目标高精度姿态跟踪控制方法，其特征在于，步骤(1)中，对混合执行机构进行配置，具体为：包括SGCMG系统和RW系统；其中单框架控制力矩陀螺系统为具有较大角动量包络的正五棱锥构型，从而满足卫星大角度机动；混合执行机构由第一SGCMG、第二SGCMG、第三SGCMG、第四SGCMG和第五SGCMG构成；飞轮系统为3-RW垂直构型，由第一RW、第二RW和第三RW构成；第一RW的旋转轴垂直于第一SGCMG的方向轴，第二RW的旋转轴垂直于第二SGCMG的方向轴，第三RW的旋转轴垂直于第一RW和第二RW的旋转轴所构成的平面。3.如权利要求1所述的基于混合执行机构的空间高动态目标高精度姿态跟踪控制方法，其特征在于，步骤(1)中，卫星根据动态成像姿态调整策略进行姿态调整，具体包括如下步骤：(11)定义卫星在初始状态时执行常规观测任务；(12)如果卫星发现目标卫星，进入跟踪窗口，则进入步骤(13)；(13)进入姿态调整模式，根据目标卫星的位置计算卫星期望姿态；(14)根据步骤(13)计算的期望姿态，用基于递阶饱和操控律的机动方法实现“rest-to-rest”姿态快速调整，调整结束进入步骤(15)；(15)进入动态成像模式，利用基于“反步法”的动态姿态跟踪控制方法进行动态跟踪，对目标卫星进行监测，检测结束后，进入步骤(16)；(16)进行姿态机动，重新执行常规成像任务。4.如权利要求1所述的基于混合执行机构的空间高动态目标高精度姿态跟踪控制方法，其特征在于，步骤(2)中，采用基于“反步法”的动态姿态跟踪控制方法进行姿态动态跟踪，具体包括如下步骤：(21)控制周期开始，初始化增益矩阵P：其中qe＝[qe1qe2qe3]T为误差四元数的矢量部分，qe0为误差四元数的标量部分，E3为3×3的单位矩阵：ωe＝ω-ωdω为角速度，ωd为期望角速度，ωe为角速度误差；(22)根据误差四元数和期望角速度建立系统状态方程：x1、x2和x3为系统状态变量，hact为混合执行机构的角动量，Tact为混合执行机构的力矩，I为卫星的转动惯量，ωd为期望角速度，为ωd关于时间的导数；(23)从最低阶次开始设计，设子系统和的输入z＝x3-α(x1,x2)，设第一个李雅普诺夫函数并计算其导数，根据稳定条件获得参数α；(24)设第二个李雅普...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云华，郑墨泓，何梦婕，陈志明，华冰，俞志成，张泽中，杨楠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32