一种基于线性二次型调节器的双星系统轨道保持方法技术方案

本发明专利技术涉及一种双星系统的轨道保持方法，涉及一种采用线性二次型调节器跟踪控制实现双星系统轨道保持的方法，属于航空航天技术领域。本发明专利技术实现方法如下：利用简化双体动力学模型设计标称轨道，然后在精确的双体动力学方程下以标称轨道的初值得真实轨道，计算真实轨道与标称轨道的偏差，基于线性二次型调节器设计最优控制律，获得最优加速度，施加连续控制，使真实轨道收敛在标称轨道附近，实现双星系统下的轨道跟踪和保持。本发明专利技术适用于存在初始误差和模型误差情况下的双星系统轨道保持，具有收敛性好，保持精度高等特点。

A track keeping method for binary satellite system based on linear two degree regulator

The invention relates to a method for keeping track of a double star system, and relates to a method of using a linear two order regulator tracking control to realize the maintenance of the orbit of a binary system, which belongs to the aerospace technology field. The realization method of the invention is as follows: using the simplified bibody dynamic model to design the nominal orbit, and then calculate the deviation between the real orbit and the nominal orbit in the exact orbit of the nominal orbit under the accurate biord dynamic equation. The optimal control law is designed based on the linear two type regulator, and the optimal acceleration is obtained. Continuous control makes the real orbit converge near the nominal orbit, and realizes track tracking and maintenance under the double star system. The invention is applicable to orbit keeping of double star system with initial error and model error, and has good convergence and high accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性二次型调节器的双星系统轨道保持方法
本专利技术涉及一种双星系统的轨道保持方法，特别涉及一种采用线性二次型调节器跟踪控制实现双星系统轨道保持的方法，属于航空航天

技术介绍
双小行星系统是特殊的一类小行星,双星系统质心在围绕太阳进行公转的同时，两颗小行星还围绕质心进行圆形或椭圆运动。相比单小行星探测，双小行星系统探测具有更多的科学回报，同时双星系统的形成和演化仍然存在争论，因此对双星系统开展探测是未来小行星探测的热点之一。与单小行星相同，双小行星系统也存在形状不规则，自旋状态不确定等特点，导致双星系统内的动力学环境复杂，而双星之间的相对运动使探测器的运动非线性混沌线性明显，基于简化动力学设计的轨道通常无法稳定运行，给探测轨道带来了困难，需要通过轨道控制实现轨道维持。目前双星系统的轨道保持方法中，在先技术【1】(参见LoicChappaz,KathleenC.Howell.Trajectorydesignforboundedmotionnearuncertainbinarysystemscomprisedofsmallirregularbodiesexploiting本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性二次型调节器的双星系统轨道保持方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：根据确定的目标双星系统参数，通过忽略双体的自旋角速度差别，将小行星简化为三轴椭球体，在质心旋转坐标系下建立如公式(1)所示的简化双体动力学模型；所述的双星系统参数包括双星的形状，质量比μ；

【技术特征摘要】
1.一种基于线性二次型调节器的双星系统轨道保持方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：根据确定的目标双星系统参数，通过忽略双体的自旋角速度差别，将小行星简化为三轴椭球体，在质心旋转坐标系下建立如公式(1)所示的简化双体动力学模型；所述的双星系统参数包括双星的形状，质量比μ；其中r＝[x,y,z]表示探测器到质心的位置矢量，ω为系统的旋转角速度；U1,2表示双星的引力势能其中α,β,γ为椭球体的三个主轴长度，初状态下星体的最长主轴与X轴重合；r1,r2分别表示探测器到双星系统两颗天体的位置矢量，μ为质量比；步骤二：基于步骤一简化的双体动力学模型进行标称轨迹设计；在简化的双体动力学模型下设计标称轨道，选择周期轨道作为标称轨道，利用双体动力学模型的对称性，周期轨道应满足面对称轨道满足初状态且半个轨道周期后的状态为轴对称的轨道满足初状态半个轨道周期后的状态满足根据已有的搜索方法对系统内的区域进行搜索得到初值，利用微分修正方法得到精确的周期轨道作为标称轨道Γ0；步骤三：考虑双星系统的自旋速度Ω和精确引力场模型，建立精确的双体动力学方程；令双星系统的两个天体自旋速度分别为Ω1,Ω2，初始状态天体固连系与质心旋转系的夹角分别为θ1,θ2，则在质心旋转系下的两个天体的自旋速度分别为ω′1＝Ω1-ω0，ω′2＝Ω2-ω0，自旋角随时间的变化为φ1＝θ1+ω′1t，φ2＝θ2+ω′2t，则动力学方程变为其中u＝[acx,acy,acz]为控制加速度，Rz为绕Z轴的旋转矩阵；步骤四：在精确的双体动力学方程下以标称轨道Γ0的初值作为初始值考虑误差进行动力学积分，得真实轨道Γ；计算真实轨道与标称轨道的偏差，根据线性二次型调节器设计最优控制律；在...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔栋，李翔宇，韩宏伟，杜燕茹，胡勃钦，尚海滨，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11