【技术实现步骤摘要】
一种全状态约束下绳系组合体稳定控制方法
[0001]本专利技术属于航天
，具体涉及一种绳系组合体稳定控制方法。
技术介绍
[0002]近期，众多国家针对空间合作目标的捕获开展了大量研究，并取得一系列丰硕的成果，但是针对失稳非合作目标捕获的控制理论和技术仍不完善。
[0003]空间绳系捕获器是通过挠性系绳将平台与目标航天器相连接而组成的新型空间组合体，是实现失稳非合作目标捕获的有效工具。空间绳系航天器抓捕失稳目标后会与目标形成空间绳系组合体，处于高速旋转失稳状态，对其进行稳定控制是开展后续轨道垃圾清理和拖曳移除等精细操作的必要前提。
[0004]目前，已有学者针对空间绳系组合体的控制方法开展研究。例如，王秉亨等(申请号为CN202110000112.7的中国专利)研究了一种利用偏置系绳摆杆来实现组合体系统的稳定控制问题，并设计了一类有效的分层滑模控制律；鲁迎波等(申请号为CN201811088097.0的中国专利)结合滑模控制和动态面技术提出了一种自适应控制方法以保证绳系组合体的快速稳定。但是，上述方案均...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全状态约束下绳系组合体稳定控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立状态约束下的障碍李雅普诺夫函数；步骤1
‑
1：根据欧拉
‑
拉格朗日方程，建立抓捕后绳系组合体系统的动力学方程如下所示：式中q＝[α,β,l]
T
∈R3为系统广义位置坐标，其中α、β、l分别为系绳面内角、面外角以及系绳长度；分别为系统的广义位置、速度和加速度变量；τ＝[τ
α
,τ
β
,τ
l
]
T
∈R3为广义力，τ
α
,τ
β
,τ
l
分别为面内角、面外角以及绳长的广义控制力矩；M(q)∈R3×3为正定对称矩阵，为科式力矩阵，G(q)∈R3为重力矩，d∈R3为外界扰动；步骤1
‑
2：根据式(1)知，绳系组合体系统具有强耦合非线性特性，满足下述性质：性质1：M为可逆的对称正定矩阵，并且对于任意x∈R3，以下不等式(2)成立：m1x
T
x≤x
T
Mx≤m2x
T
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中m1和m2分别为M的最小和最大特征值；定义如下相关引理和假设：引理1：对于任意y1∈R3，若有||y1||<b
a
,则以下不等式恒成立：其中，b
a
为已知常数；假设1：期望轨迹q
d
及其导数均有界，即存在已知常数A0、A1满足||q
d
||≤A0≤k
c1
以及k
c1
、k
c2
分别为常数；定义x1＝q,系统动力学方程式(1)表示为：式中，F(.)＝M
‑1(x1,x2,t)(d
‑
C(x1,x2)x1‑
G(x1))中包含未知不确定性；步骤1
‑
3：定义期望的组合体系统轨迹为q
d
(t)，位置跟踪误差为e＝x1(t)
‑
q
d
(t)；在系统存在总不确定性的情况下保证状态q(t)能够跟踪参考轨迹q
d
(t)，并且保证系统状态始终满足约束条件：存在正数和使得对于任意t>0，和均成立；为了简化书写，后续将省略自变量；步骤1
‑
4：定义以下误差转换函数z1＝e,z2＝x2‑
α1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中z1和z2为误差转换函数向量，α1为系统虚拟控制量；考虑系统的位置约束，设计如下的障碍李雅普诺夫函数V1：上式中其中A0由假设1给出；定义闭区间Ω
z1
:＝{z1|||z1||<k
b1
}，由z1＝
x1‑
y
d
得到成立；通过选择保证当时x1也在约束范围内；根据障碍李雅普诺夫函数特性知，若使得系统状态始终处于闭区间Ω
z1
内，则系统应满足V1∈L
∞
，对于V1求导得：步骤2：基于反步法设计鲁棒自适应控制器；步骤2
‑
1：根据式(7)选取如下的虚拟控制量：其中c1>0为设计参数；将式(8)代入(7)中，被重写为：令在区间Ω
z1
中，为定值；步骤2
‑
2：对误差转换函数z2求导得：为了确保系统状态x2不违反约束，定义如下的障碍李雅普诺夫函数：其中k
b2
为正数；步骤2
...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈刚辉，黄攀峰，张帆，马志强，张夷斋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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