深空撞击器的最优分步式分配控制及优化方法、系统技术方案

本发明专利技术属于自主导航与制导控制领域，具体涉及一种深空撞击器的最优分步式分配控制及优化方法、系统，旨在解决现有姿态控制方法由于推力室指令分配状态固定，难以实现最优化姿态控制的问题。本发明专利技术方法包括：获取深空撞击器待控制的姿态角；计算深空撞击器的各推力室的角加速度控制矢量，作为第一矢量；结合各第一矢量，计算深空撞击器的姿控装置可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。本发明专利技术通过灵活分配深空撞击器各推力室的状态，实现了最优化姿态控制。

【技术实现步骤摘要】
深空撞击器的最优分步式分配控制及优化方法、系统
本专利技术属于自主导航与制导控制领域，具体涉及一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法、系统。
技术介绍
深空撞击器的姿态控制通过控制算法计算俯仰、偏航与滚转三通道控制指令，将控制指令分配到姿控装置各推力室，打开控制推力室的开关，推力室工作后产生控制力矩来实现姿态控制系统的闭环控制。传统航天器姿态控制方法一般根据三通道控制指令，对各推力室的控制指令进行规划。当姿控推力室组合情况较多时，由于推力室指令分配状态固定，难以实现最优化控制，对航天器而言会造成工质的浪费。因此，本专利技术提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制及优化方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有姿态控制方法由于推力室指令分配状态固定，难以实现最优化姿态控制的问题，本专利技术的第一方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，包括以下步骤：步骤S100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；步骤S200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；步骤S300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；步骤S400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；步骤S500，选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。在一些优选的实施方式中，步骤S200中“计算其对应的角加速度控制矢量”，其方法为：其中，为第个推力室的角加速度控制矢量，为自然数，表示下标，为第个推力室的固定推力，、和分别表示第个推力室对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，、和分别表示深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，表示深空撞击器推力器的个数，表示矢量的点积。在一些优选的实施方式中，步骤S300中“计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量”，其方法为：其中，表示姿控装置个推力室的第种组合对应的可实现的角加速度控制矢量，，为自然数，和表示深空撞击器姿控装置设定可同时工作的推力室个数的上限和下限。在一些优选的实施方式中，步骤S400中“通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度”，其方法为：其中，，、和表示待控制的3个姿态角，表示对应的投影长度。本专利技术的第二方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，包括以下步骤：步骤A100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；步骤A200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；步骤A300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；步骤A400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；步骤A500，将各投影长度进行降序排序，并获取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，作为第一长度，并将第一长度对应的推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制；N为正整数。在一些优选的实施方式中，所述N的取值方法为：计算投影长度的均值，将大于均值的投影长度的数量作为N；或将各投影长度进行聚类，并将聚类后均值最大的一类的数量作为N。本专利技术的第三方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制优化方法，包括以下步骤：获取深空撞击器当前姿态控制的精度，若该精度大于设定的阈值，则执行上述第一方面的深空撞击器的最优分步式分配控制方法；否则执行上述第二方面的深空撞击器的最优分步式分配控制方法。本专利技术的第四方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制系统，包括：姿态角获取模块、第一矢量获取模块、第二矢量获取模块、投影长度计算模块和第一开关指令分配模块；所述姿态角获取模块，配置为获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；所述第一矢量获取模块，配置为对深空撞击器的各推力室，基于其的固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；所述第二矢量获取模块，配置为对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；所述投影长度计算模块，配置为结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；所述第一开关指令分配模块，配置为选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。本专利技术的第五方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制系统，包括姿态角获取模块、第一矢量获取模块、第二矢量获取模块和投影长度计算模块和第二开关指令分配模块；所述姿态角获取模块，配置为获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；所述第一矢量获取模块，配置为对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；所述第二矢量获取模块，配置为对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；所述投影长度计算模块，配置为结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；所述第二开关指令分配模块，配置为将各投影长度进行降序排序，并获取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，作为第一长度，并将第一长度对应的推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制；N为正整数。本专利技术的第六方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制优化系统，该系统包括：精度判断模块；所述精度判断模块，配置为获取深空撞击器当前姿态控制的精度，若该精度大于设定的阈值，则通过上述第四方面所述的深空撞击器的最优分步式分配控制系统进行深空撞击器的最优分步式分配控制；否则通过上述第五方面所述的深空撞击器的最优分步式分配控制系统进行深空撞击器的最优分步式分配控制。本专利技术的有益效果：本专利技术通过灵活分配深空撞击器各推力室的状态，实现了最优化姿态控制。本专利技术基于各推力室的推力，计算其对应的角速度控制矢量，并结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；步骤S200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；步骤S300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；步骤S400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；步骤S500，选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；步骤S200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；步骤S300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；步骤S400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；步骤S500，选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。


2.根据权利要求1所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，步骤S200中“计算其对应的角加速度控制矢量”，其方法为：

其中，为第个推力室的角加速
度控制矢量，为自然数，表示下标，为第个推力室的固定推力，、和分别表
示第个推力室对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，、和分别表示深空撞击器绕
弹体系三个轴的转动惯量，表示深空撞击器推力器的个数，表示矢量的点积。


3.根据权利要求2所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，步骤S300中“计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量”，其方法为：



其中，表示姿控装置个推力室的第种组合对应的可实现的角加速度控制矢量，
为自然数，，和表示深空撞击器姿控装置设定可同时工作的推力
室个数的上限和下限。


4.根据权利要求3所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，步骤
S400中“通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度”，其方法
为：其中，，、和表示待控制的3个姿态
角，表示对应的投影长度。


5.一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；步骤A200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；步骤A300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；步骤A400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；步骤A500，将各投影长度进行降序排序，并获取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，作为第一长度，并将第一长度对应的推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制；N为正整数。


6.根据权利要求5所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：何纯，韩柠，王云财，刘辉，衣样，张松涛，
申请(专利权)人：北京控制与电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11