【技术实现步骤摘要】
航天器控制力矩陀螺的快速奇异躲避规划方法
本专利技术涉及航天器控制力矩陀螺的快速奇异躲避规划方法，适用于控制力矩陀螺操纵律，属于航天器姿态规划和控制力矩陀螺控制领域。
技术介绍
随着对空间探测需求的提高，需要航天器完成的空间任务越来越困难。而这些任务通常需要航天器具有大角度姿态机动能力，因此对姿态执行机构提出了更高的要求。控制力矩陀螺具有较好的扭矩放大功能，常常用于航天器大角度姿态机动的执行机构。以控制力矩陀螺为航天器的执行机构，需要开发控制力矩陀螺规划算法，提前设计控制力矩陀螺操纵律。如果控制力矩陀螺陷入奇异状态，则无法输出航天器姿态控制系统的指令力矩。而现有的航天器控制力矩陀螺操纵律，大多采用梯度法或鲁棒控制法来处理控制力矩陀螺奇异躲避问题，保证控制力矩陀螺远离奇异状态。但这类方法没有利用控制力矩陀螺的饱和特性，控制力矩陀螺角动量一直保持较小，且奇异躲避的效率较低。充分利用控制力矩陀螺的饱和状态，可以使控制力矩陀螺保持较大的角动量，提高控制系统对控制力矩陀螺的利用率。
技术实现思路
针对控制力...
【技术保护点】
1.航天器控制力矩陀螺的快速奇异躲避规划方法，其特征在于：包括如下步骤，/n步骤一：根据当前控制系统的指令力矩，计算当前控制力矩陀螺的饱和奇点；/n步骤二：基于步骤一获得的控制力矩陀螺的饱和奇点，计算饱和转态对控制力矩陀螺的零运动引导方向；通过引导控制力矩陀螺框架角向饱和奇点转动，控制力矩陀螺能够保持较大的角动量，提高控制系统对控制力矩陀螺的利用率；/n步骤三：基于步骤二控制力矩陀螺的零运动方向，考虑奇异躲避的零运动方向，计算控制力矩陀螺的零运动总方向，即通过考虑控制力矩陀螺的奇异躲避，能够躲避奇异约束并输出指令力矩，提高控制系统的安全性和准确性；/n步骤四：基于步骤三得到...
【技术特征摘要】
1.航天器控制力矩陀螺的快速奇异躲避规划方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：根据当前控制系统的指令力矩，计算当前控制力矩陀螺的饱和奇点；
步骤二：基于步骤一获得的控制力矩陀螺的饱和奇点，计算饱和转态对控制力矩陀螺的零运动引导方向；通过引导控制力矩陀螺框架角向饱和奇点转动，控制力矩陀螺能够保持较大的角动量，提高控制系统对控制力矩陀螺的利用率；
步骤三：基于步骤二控制力矩陀螺的零运动方向，考虑奇异躲避的零运动方向，计算控制力矩陀螺的零运动总方向，即通过考虑控制力矩陀螺的奇异躲避，能够躲避奇异约束并输出指令力矩，提高控制系统的安全性和准确性；
步骤四：基于步骤三得到的控制力矩陀螺的零运动总方向，设计控制力矩陀螺的零运动的大小，得到控制力矩陀螺的零运动方程；通过考虑控制力矩陀螺零运动的大小，在控制力矩陀螺的奇异状态附近进行快速躲避，提高控制力矩陀螺的安全性，提高控制力矩陀螺奇异躲避规划方法的快速性和高效性；
步骤五：将步骤四得到的控制力矩陀螺零运动方程和伪逆操纵律进行组合，得到控制力矩陀螺的操纵律；控制力矩陀螺从初始框架角开始，按照该操纵律进行转动，进而能够实现控制力矩陀螺快速奇异躲避规划；通过控制力矩陀螺零运动方程和伪逆操纵律进行组合，得到控制力矩陀螺的操纵律，快速的躲避控制力矩陀螺奇异并保持较大的角动量，具有效率高，速度快，安全性强和准确性高的优点。
2.如权利要求1所述的航天器控制力矩陀螺的快速奇异躲避规划方法，其特征在于：步骤一实现方法为，
根据当前控制系统的指令力矩u，计算当前控制力矩陀螺的饱和奇点δb；
控制力矩陀螺的角动量H表达式为：
H＝h0(Asinδ+Bcosδ)E(1)
其中，h0是单个控制力矩陀螺的角动量，A和B是安装构型矩阵，E是n维的单位矢量，δ是当前框架角组合；
控制力矩陀螺的力矩矩阵C表达式：
C＝Acosδ-Bsinδ(2)
根据当前控制系统的指令力矩u，在奇异状态时：
u·C＝0(3)
根据饱和奇点和奇异的对应情况，将公式(1)和(2)带入公式(3)中，得到前控制力矩陀螺的饱和奇点δb：
δb＝arctan(uA/uB)(4)
3.如权利要求2所述的航天器控制力矩陀螺的快速奇异躲避规划方法，其特征在于：步骤二实现方法为，
基于步骤一获得的控制力矩陀螺的饱和奇点δb，计算饱和状态对控制力矩陀螺的零运动引导方向δΔ；通过引导控制力矩陀螺框架角向饱和奇点δb转动，控制力矩陀螺能够保持较大的角动量，提高控制系统对控制力矩陀螺的利用率；
充分利用控制力矩陀螺的饱和状态，引导控制力矩陀螺框架角向饱和奇点靠近，将朝向饱和奇点的框架角之差δΔ作为控制力矩陀螺零运动的方向；
δΔ＝δb-δ(5)
控制力矩陀螺朝向δΔ的零运...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑞，王卓，崔平远，朱圣英，梁子璇，李朝玉，
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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