一种对组合体航天器全部质量参数辨识的姿轨耦合控制方法技术

一种对组合体航天器全部质量参数辨识的姿轨耦合控制方法，它属于航天器控制技术研究领域。本发明专利技术解决了现有方法对质量参数辨识和姿轨耦合控制的效率低下、无法辨识全部质量参数的问题。本发明专利技术在利用自适应律估计组合体航天器全部质量参数的同时，还能通过控制器来实现姿轨耦合控制。实验结果表明，本发明专利技术提供的方法既可以保证组合体航天器的全部质量参数收敛到真实值，同时还能实现姿态和轨道轨迹跟踪，采用本发明专利技术方法可以使组合体航天器的相对位置、相对速度、相对姿态、相对角速度在约1000s时收敛到零，提高了对质量参数辨识和姿轨耦合控制的效率，同时可以辨识出全部质量参数。本发明专利技术可以应用于组合体航天器质量参数辨识和姿轨耦合控制。

【技术实现步骤摘要】
一种对组合体航天器全部质量参数辨识的姿轨耦合控制方法
本专利技术属于航天器控制技术研究领域，具体涉及一种对组合体航天器全部质量参数辨识的姿轨耦合控制方法。
技术介绍
空间在轨服务可以用来延长航天器的使用寿命、增强航天器的性能等，具有重要的经济价值。空间非合作目标，一般是指形态结构、运行状态、特性参数等未知或者在测量、行为上不配合的在轨航天器，包括故障航天器、太空垃圾以及敌对航天器等。航天器的质量参数包括质量、转动惯量和质心位置。由于非合作目标的质量参数未知，导致服务航天器捕获非合作目标后形成的组合体航天器质量参数未知，能否辨识出组合体航天器的质量参数，直接关乎后续空间任务能否准确完成。航天器的轨道和姿态存在着复杂的耦合关系，主要来自于航天器姿态动力学和轨道动力学之间的耦合关系，以及执行机构安装带来的姿态与轨道控制系统的耦合。航天器姿轨耦合控制具有效率高、机动性强和控制精度高等突出优点。姿态和轨道控制不应该割裂开来，而是应该作为一个整体来对待。针对组合体航天器的质量参数辨识和姿轨耦合控制，虽然目前已有有效的研究框架，但是现有解决方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对组合体航天器全部质量参数辨识的姿轨耦合控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、建立组合体航天器的相对姿轨耦合动力学方程；/n步骤二、根据步骤一中建立的相对姿轨耦合动力学方程，得到与质量参数估计误差相关的中间变量ε

【技术特征摘要】
1.一种对组合体航天器全部质量参数辨识的姿轨耦合控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、建立组合体航天器的相对姿轨耦合动力学方程；
步骤二、根据步骤一中建立的相对姿轨耦合动力学方程，得到与质量参数估计误差相关的中间变量εj的表达式；
步骤三、选择并存储推力器输出数据和回归矩阵数据；
步骤四、根据是否满足质量参数辨识的充分条件，利用步骤三存储的数据来计算组合体航天器控制系统的控制输入和辨识全部质量参数。


2.根据权利要求1所述的一种对组合体航天器全部质量参数辨识的姿轨耦合控制方法，其特征在于，所述组合体航天器由服务航天器、机械臂和非合作目标组成。


3.根据权利要求2所述的一种对组合体航天器全部质量参数辨识的姿轨耦合控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：
建立地心惯性坐标系O-xiyizi、组合体航天器本体坐标系Op-xpypzp、虚拟坐标系Ot-xtytzt和参考坐标系Oo-xoyozo；
所述地心惯性坐标系O-xiyizi以地心O为原点，xi轴在赤道面内、并指向春分点，zi轴与地球自转轴重合，并指向北极方向，yi轴与xi轴和zi轴满足右手定则；
所述组合体航天器本体坐标系Op-xpypzp以组合体航天器的质心为原点Op，xp轴、yp轴和zp轴与服务航天器的惯性主轴重合，xp轴、yp轴和zp轴满足右手定则构成直角坐标系；
所述虚拟坐标系Ot-xtytzt以组合体航天器期望的位置为原点Ot，xt轴、yt轴和zt轴三轴相互垂直并满足右手定则，xt轴、yt轴和zt轴的指向代表了组合体航天器的期望姿态；
所述参考坐标系Oo-xoyozo选取组合体航天器中已知位置的任意一点为原点Oo，xo轴、yo轴、zo轴分别与xp轴、yp轴、zp轴平行且指向相同；
利用修正罗德里格参数σ表示组合体航天器由组合体航天器本体坐标系Op-xpypzp到虚拟坐标系Ot-xtytzt的相对姿态，ω为组合体航天器当前角速度与期望角速度之间的相对角速度在组合体航天器本体坐标系Op-xpypzp中的坐标表示，在组合体航天器本体坐标系Op-xpypzp中，组合体航天器的相对姿态动力学和运动学方程为：



其中，为σ的一阶导数，G(σ)为中间变量，上角标T代表转置，I3为3×3的单位矩阵，S(·)表示对于任意的向量a＝[a1a2a3]T都有

为ω的一阶导数，为组合体航天器相对于惯性空间的角速度在组合体航天器本体坐标系Op-xpypzp中的坐标表示，为组合体航天器相对于地心惯性坐标系O-xiyizi的期望角速度在坐标系Ot-xtytzt中的坐标表示，为坐标系Ot-xtytzt到坐标系Op-xpypzp的旋转矩阵，J为组合体航天器的转动惯量矩阵，τ为控制力拒，Cr和nr均为中间变量；
中间变量Cr的表达式为：中间变量nr的表达式为：为的一阶导数；
利用p表示组合体航天器当前位置与期望位置的相对位置矢量，v表示组合体航天器当前速度与期望速度的相对速度矢量，在坐标系Op-xpypzp中，组合体航天器的相对轨道动力学模型为：



其中，为p的一阶导数，为v的一阶导数，m为组合体航天器的质量，μ是地球引力常数，rp为组合体航天器当前位置到地球质心的距离，f为控制力，为组合体航天器期望位置相对于地心的位置矢量在坐标系Ot-xtytzt中的坐标表示，为的二阶导数；


为组合体航天器的当前位置相对于地心的位置矢量在坐标系Op-xpypzp中的坐标表示；
假设服务航天器的形状为长方体，服务航天器的长、宽、高分别为L1、L2、L3，则控制输入u为：



其中，F为推力器产...

【专利技术属性】
技术研发人员：段广仁，赵琴，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23