【技术实现步骤摘要】
一种基于配置矩阵的推力器配置方法
本专利技术涉及一种基于配置矩阵的推力器配置方法，适用于交会对接等需要同时进行相对位置和相对姿态控制的任务的推力器配置，属于航天器姿态轨道控制系统方案设计领域。
技术介绍
交会对接等复杂任务精确控制的实现，需要以推力器为执行机构的控制系统。一般推力器相对航天器是固定安装的，所以单个推力器产生的力和力矩在本体系中的方向是固定的。航天器通过多个推力器作用的组合来实现任意的合控制力和合力矩。如何根据任务需求选择推力器的类型和数量，如何安排各推力器的位置布局并设计它们的安装倾角，这就是推力器的配置问题。航天器推力器配置直接影响控制作用的实现和推进剂消耗量，因此其设计的好坏对整个控制系统的性能有很重要的影响。特别是对于诸如交会对接这类要求控制精度极高的复杂航天任务来说，地位尤为重要。一直以来，航天器推力器的配置设计问题主要依靠设计师的经验，通过不断迭代调整最终确定出可行的配置。因此，最直接能想到的，也是现在工程中广泛采用的推力器配置布局，是沿主轴正交、对称和过质心的推力器配置方式，即在各控制量方向上分别安装一定数量的推力器。这种配置方法能满足...
【技术保护点】
1.一种基于配置矩阵的推力器配置方法，其特征在于步骤如下：(1)根据期望的推进系统的冗余度，确定航天器控制任务所需最少推力器个数；(2)根据控制精度要求，确定推力器的额定推力；(3)根据步骤(1)的推力器个数，构造满足力与力矩正交条件的六自由度推力器配置矩阵；(4)用步骤(2)的推力器额定推力和步骤(3)的推力器配置矩阵，计算得到每台推力器的安装位置与安装倾角；(5)根据步骤(1)～(4)得到的推力器个数、额定推力、每台推力器的安装位置及安装倾角，为航天器装配推力器，用于航天器的位置控制和姿态控制。
【技术特征摘要】
1.一种基于配置矩阵的推力器配置方法，其特征在于步骤如下：(1)根据期望的推进系统的冗余度，确定航天器控制任务所需最少推力器个数；(2)根据控制精度要求，确定推力器的额定推力；(3)根据步骤(1)的推力器个数，构造满足力与力矩正交条件的六自由度推力器配置矩阵；(4)用步骤(2)的推力器额定推力和步骤(3)的推力器配置矩阵，计算得到每台推力器的安装位置与安装倾角；(5)根据步骤(1)～(4)得到的推力器个数、额定推力、每台推力器的安装位置及安装倾角，为航天器装配推力器，用于航天器的位置控制和姿态控制。2.根据权利要求1所述的一种基于配置矩阵的推力器配置方法，其特征在于：所述步骤(1)根据期望的推进系统的冗余度，确定航天器控制任务所需最少推力器个数的具体步骤如下：设配置的推力器个数记为n，期望的推力器配置冗余度为r，则完成六自由度位置和姿态控制任务所需的最少推力器个数由下式确定：n＝2r+7；并满足约束条件n≤36；所述冗余度为：系统仍能完成控制任务所允许的推力器失效的最大数目。3.根据权利要求2所述的一种基于配置矩阵的推力器配置方法，其特征在于：所述步骤(2)根据控制精度要求，确定推力器的额定推力的具体步骤如下：设已知航天器的质量记为mass，某自由度方向上的主惯量记为I，最短开机时间Tmin，位置控制精度要求为pos，姿态控制精度要求为ang，则该自由度方向推力器的额定推力F满足：F×Tmin/mass<pos，且F×L×Tmin/I<ang；其中，L为该自由度上由航天器尺寸所决定的力臂。4.根据权利要求3所述的一种基于配置矩阵的推力器配置方法，其特征在于：所述步骤(3)根据步骤(1)的推力器个数，构造满足正交条件的六自由度推力器配置矩阵的具体步骤如下：(4.1)任意构造一个6维满秩非负方阵P6d；其中非负方阵是指矩阵中所有元素皆非负数；(4.2)求非负方阵P6d的逆阵(4.3)任意构造一个可负矩阵A6d2∈R6×(n-6)；(4.4)由A6d＝[A6d1|A6d2]得到六维推力器配置阵A6d；(4.5)根据A6d中元素的值求解得到力与力矩正交条件约束矩阵；(4.6)计算得到满足力与力矩正交条件的六维推力器配置阵。5.根据权利要求4所述的一种基于配置矩阵的推力器配置方法，其特征在于：所述步骤(4.3)中可负矩阵定义为：对于矩阵如果约束不等式方程组满足：有解，则称可负，其中向量小于零指其所...
【专利技术属性】
技术研发人员：解永春，王敏，杨保华，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11
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