基于饱和反步法的航天器分布式姿态超敏捷机动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于饱和反步法的航天器分布式姿态超敏捷机动控制方法，属于卫星姿态控制技术领域。本发明专利技术航天器超敏捷机动控制器的设计结合了饱和控制和反步法控制，对虚拟输入函数引入多级饱和，并具有五大效益：带饱和约束的超敏捷机动、分段时间可控、减轻姿态控制执行机构负担、分布式姿态机动控制以及模型独立。本发明专利技术首次针对反步法引入饱和约束，设计航天器姿态超敏捷机动控制律，实现姿态角速度10‑15deg/s的超敏捷机动以及分布式姿态控制，有效地解决了加速阶段和减速阶段的相互制约问题，限制了最大控制力矩和最大姿态角速度，减轻了姿态控制执行机构的负担，同时适用于转动惯量未知的航天器。

A distributed attitude super agile maneuver control method for Spacecraft Based on saturation Backstepping

The invention relates to a distributed attitude super agile maneuver control method of a spacecraft based on the saturation backstepping method, which belongs to the technical field of satellite attitude control. The design of the super agile maneuver controller of the spacecraft combines saturation control and backstep control, introduces multi-level saturation to the virtual input function, and has five benefits: Super agile maneuver with saturation constraint, time control in sections, reducing the burden of attitude control actuator, distributed attitude maneuver control and model independence. For the first time, saturation constraint is introduced into the backstepping method to design the super agile maneuver control law of spacecraft attitude, realize the super agile maneuver with attitude angular velocity of 10 \u2011 15deg / s and distributed attitude control, effectively solve the mutual constraint problem of acceleration stage and deceleration stage, limit the maximum control torque and maximum attitude angular velocity, and reduce the burden of attitude control actuator, It is also suitable for spacecraft with unknown moment of inertia.

【技术实现步骤摘要】
基于饱和反步法的航天器分布式姿态超敏捷机动控制方法
本专利技术涉及一种基于饱和反步法的航天器分布式姿态超敏捷机动控制方法，属于卫星姿态控制

技术介绍
由于航天器的快速机动性能够使其更好地完成任务，航天器敏捷机动仍为研究热点。传统的航天器敏捷机动的最大姿态角速度约为5deg/s，现已有大量的研究成果，但最大姿态角速度超过10deg/s的航天器超敏捷机动的研究仍为空白，尤其是考虑了减轻姿态控制执行机构负担的航天器超敏捷机动控制方法。目前，与航天器快速机动相关的研究仍然局限于普通的敏捷机动控制,包括PD/PID(比例-微分/比例-积分-微分)控制，基于路径规划的控制方法，优化控制算法，滑模变结构控制方法，递阶饱和控制和基于势函数的控制方法等。PD/PID控制是一种被广泛应用的控制方法，其设计过程简单，但性能较差。北京控制工程研究所设计了一种三超平台敏捷机动与快速稳定控制方法，适用于空天目标敏捷跟踪，但该控制器基于PID(比例-积分-微分)控制，只能实现最大姿态角速度为6deg/s的敏捷机动(申请号：CN108646775A)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于饱和反步法的航天器分布式姿态超敏捷机动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：/n(1)输入最大控制力矩u

【技术特征摘要】
1.一种基于饱和反步法的航天器分布式姿态超敏捷机动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)输入最大控制力矩umax和最大姿态角速度ωmax以及目标姿态角
(2)进入单个控制周期，根据目标姿态角计算姿态误差四元数其中qe0为姿态误差四元数的标量部分，qe＝[qe1qe2qe3]T为姿态误差四元数的矢量部分；
(3)确定为n+1级，n≥1，饱和虚拟输入函数f*(qe)和与n+1级饱和虚拟输入函数和航天器姿态角速度ω＝[ωxωyωz]T相关的力矩项






其中：为力矩项在x轴上的分量，为力矩项在y轴上的分量，为力矩项在z轴上的分量，f(sat(n)(g),qe)为n级饱和虚拟输入函数，并且：



其中：f1*(qe1)为f*(qe)的第一个分量，为f*(qe)的第二个分量，为f*(qe)的第三个分量；f(sat(n)(g),qe1)为f(sat(n)(g),qe)的第一个分量，f(sat(n)(g),qe2)为f(sat(n)(g),qe)的第二个分量，f(sat(n)(g),qe3)为f(sat(n)(g),qe)的第三个分量；
(4)同时进入并行步骤(5)-(7)；
(5)假如qe1≠0，进入步骤(8),否则，进入步骤(9)；
(6)假如qe2≠0，进入步骤(10),否则，进入步骤(11)；
(7)假如qe3≠0，进入步骤(12),否则，进入步骤(13)；
(8)计算x通道的控制力矩uc,x并进入步骤(14)：



(9)x通道的控制力矩为uc,x＝0Nm,进入步骤(14)；
(10)计算y通道的控制力矩uc,y并进入步骤(14)：



(11)y通道的控制力矩为uc,y＝...

【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，
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