【技术实现步骤摘要】
小行星平衡点悬停探测常推力阈值控制方法
本专利技术涉及一种小行星平衡点悬停探测常推力阈值控制方法，适用于以常推力为推进方式的小天体探测器，属于深空探测器控制领域。
技术介绍
悬停探测是对小行星进行近距离探测的有效手段，在非球形引力和自旋的共同作用下，小天体附近一般存在四个平衡点，在平衡点处，探测器受到的引力和离心力相等且探测器环绕小天体一周的时间与小天体自转周期相同。相对于小天体固连坐标系下任意位置的悬停探测，探测器有望在平衡点处实现长时间、低消耗的悬停保持。由于平衡点附近的引力场情况复杂，在不施加控制的情况下探测器的位置并不是在平衡点处保持不变，而是在平衡点附近运动甚至逐渐偏离平衡点。在没有扰动的情况下，探测器在平衡点处存在一组标称悬停轨道，在观测精度要求不高的前提下，将探测器保持在标称悬停轨道附近能有效减少发动机燃料消耗。目前关于对于平衡点处的悬停轨道控制问题目前的研究较少且采用变推力控制方法，工程上难以实现且会增加燃料消耗。在已发展的平衡点悬停轨道控制问题，在先进技术[1](H.Yang,H.Baoyin.Bo...
【技术保护点】
1.一种小行星平衡点悬停探测常推力阈值控制方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1、根据小天体动力学模型得到小天体平衡点位置/n由于不同小天体平衡点位置不同，需要根据小天体探测器轨道动力学与引力场模型计算出小天体平衡点位置；/n小天体探测器轨道动力学方程为：/n
【技术特征摘要】
20200110 CN 20201002778761.一种小行星平衡点悬停探测常推力阈值控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、根据小天体动力学模型得到小天体平衡点位置
由于不同小天体平衡点位置不同，需要根据小天体探测器轨道动力学与引力场模型计算出小天体平衡点位置；
小天体探测器轨道动力学方程为：
x,y,z为探测器在小天体固连坐标系下的位置分量，为探测器受到的引力势能(U)在x,y,z方向上的偏导数，ω为小天体自转的角速度；将式(1)左右两边积分并相加，得到雅克比积分常数J，其表达式为：
令小行星动能为零，即式(2)中为零，得到探测器在小天体引力场中的零速度曲面，即伪势能V(x,y,z)：
在小行星固连坐标系中，小行星的平衡点位置需满足式(4)：
采用小天体二阶二次球谐函数模型计算小天体引力势：
C20，C22为二阶球谐函数模型中的球谐系数，可根据小天体的不规则程度确定具体数值，r为探测器与小天体的距离，θ和λ为探测器的纬度和经度，μ为小天体引力常量，将式(5)带入式(4)得到小天体平衡点位置(E±x，E±y)：
rs为已知小天体共振半径；
步骤2、建立平衡点处误差动力学方程，去掉高阶项进行简化，根据误差动力学方程的一阶解析解得到平衡点处的标称悬停轨道；
以步骤1中求得的平衡点为小天体平衡点坐标系的原点，建立平衡点处误差动力学方程：
其中，等表示伪势能V对x、y、z的二阶偏导数在平衡点E处的系数；其中则将平衡点处的误差动力学方程简化为
式(8)反映了探测器在平衡点处的运动特点，进一步得到式(8)的三个解析解：
其中Δxt，Δyt，Δzt为探测器相对平衡点在三轴方向上的位置误差，C1,C2,C3,C4,C5,C6为解析解常系数，由系统的初始状态决定；消除式(8)中无界量即得到探测器在小行星平衡点处的标称悬停运动轨道：
其中
步骤3、设置当前时刻阈值，根据探测器的状态判断阈值的触发情况并设计控制律；
在悬停轨道附近设置位置阈值和速度阈值，将位置阈值与速度阈值进行归一化并组合得到阈值tht；只有探测器的状态超出阈值范围，才施加控制；阈值tht的表达形式为
其中R，V为设置的位置阈值与速度阈值，Kr、Kv为位置阈值系数和速度阈值系数，δr、δv为探测器与标称轨道的位置误差与速度误差；
设计控制律为
其中，ac0为探测器提供的正向加速度，-ac0为探测器提供的反向加速度，δt为探测器状态误差；通过常推力单阈值控制方法将探测器稳定在标称悬停轨道附近。
2.一种小行星平衡点悬停探测常推力阈值控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、根据小天体动力学模型得到小天体平衡点位置
由于不同小天体平衡点位置不同，需要根据小天体探测器轨道动力学与引力场模型计算出小天体平衡点位置；
小天体探测器轨道动力学方程为：
x,y,z为探测器在小天体固连坐标系下的位置分量，为探测器受到的引力势能(U)在x,y,z方向上的偏导数，ω为小天体自转的角速度；将式(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣英，隋志辉，崔平远，徐瑞，梁子璇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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