控制航天器运动的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种控制航天器运动的方法及装置。该发明专利技术包括：实时采集航天器的第一控制力、第二控制力以及发动机推力；实时获取控制航天器的控制力以及航天器的发动机推力；依据控制力以及发动机推力，通过四元数算法确定伺服机构的伸长量，其中，伺服机构用于控制航天器的运动角度，伺服机构与航天器的发动机连接。通过本发明专利技术，解决了相关技术中通过欧拉角计算航天器的运动姿态，造成大量的计算数据，过程繁杂的技术问题。过程繁杂的技术问题。过程繁杂的技术问题。

Method and device for controlling spacecraft motion

【技术实现步骤摘要】
控制航天器运动的方法及装置


[0001]本专利技术涉及航天器领域，具体而言，涉及一种控制航天器运动的方法、装置、计算机可读存储介质及处理器。

技术介绍

[0002]相关技术中，目前，航天器的发动机单喷管推力矢量控制伺服机构的运动解耦计算，通常使用欧拉角进行解耦计算，欧拉角是一种用于描述物体的空间旋转的虚拟概念，物体在空间实际上只有一次转动，但为了便于描述，欧拉角将最终的转动效果等效于绕固连转动体本身的坐标系各轴依次进行的正交转动，即为欧拉角。这样就造成了欧拉角的计算量较大，计算方法复杂。未来航天发动机的回收是大趋势，这就要求航天器的运动姿态很大，如果继续用欧拉角计算航天器的运动姿态，会造成大量的计算数据，过程繁杂。
[0003]针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种控制航天器运动的方法、装置、计算机可读存储介质及处理器，以解决了相关技术中通过欧拉角计算航天器的运动姿态，造成大量的计算数据，过程繁杂的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种控制航天器运动的方法。该专利技术包括：实时采集航天器的第一控制力、第二控制力以及发动机推力；实时获取控制航天器的控制力以及航天器的发动机推力；依据控制力以及发动机推力，通过四元数算法确定伺服机构的伸长量，其中，伺服机构用于控制航天器的运动角度，伺服机构与航天器的发动机连接；依据伺服机构的伸长量，控制伺服机构带动喷管进行矢量运动，其中，伺服机构与喷管连接。
[0006]进一步地，实时获取控制航天器的控制力包括：实时采集航天器的第一控制力以及第二控制力，其中，第一控制力为航天器在俯仰方向的控制力，第二控制力为航天器在偏航方向的控制力；依据第一控制力以及第二控制力，计算控制力。
[0007]进一步地，依据第一控制力以及第二控制力，计算控制力，包括：对第一控制力以及第二控制力分别进行预设处理，以得到规范化后的第一控制力以及第二控制力；依据预设处理后的第一控制力以及第二控制力，通过第一公式计算控制力，其中，第一公式为：，F
c
为控制力，F
y
为第一控制力， F
z
为第二控制力。
[0008]进一步地，在依据控制力以及发动机推力，通过四元数算法确定伺服机构的伸长量之前，该方法还包括：依据发动机推力以及控制力，计算航天器在实际运动过程中的摆角；确定预设坐标系，依据预设坐标系确定第一控制力、第二控制力以及控制力之间的转轴坐标方程式，并对方程式进行预设处理；依据摆角以及规范化后的转轴坐标方程式，确定航天器的旋转行为对应的四元数表达式。
[0009]进一步地，依据控制力以及发动机推力，通过四元数算法确定伺服机构的伸长量，包括：在预设坐标系中，确定伺服机构的初始长度以及伺服机构摆动摆角后的目标长度；计算初始长度与目标长度之间的差值绝对值；将差值绝对值，确定为伸长量。
[0010]进一步地，在预设坐标系中，确定伺服机构的初始长度以及伺服机构摆动摆角后的目标长度，包括：确定伺服机构的下支点的坐标为第一坐标；在预设坐标系下，且伺服机构的状态为初始状态的情况下，确定伺服机构的上支点的坐标为第二坐标；在预设坐标系下，且在航天器摆动摆角后，确定上支点的坐标为第三坐标；计算第二坐标与第一坐标之间的第一差值绝对值，并将第一差值绝对值确定为伺服机构的初始长度；计算第三坐标与第一坐标之间的第二差值绝对值，并将第二差值绝对值确定为伺服机构的目标长度。
[0011]为了实现上述目的，根据本专利技术的另一方面，提供了一种控制航天器运动的装置。该装置包括：第一采集单元，用于实时采集航天器的第一控制力、第二控制力以及发动机推力；第一获取单元，用于实时获取控制航天器的控制力以及航天器的发动机推力；第一确定单元，用于依据控制力以及发动机推力，通过四元数算法确定伺服机构的伸长量，其中，伺服机构用于控制航天器的运动角度，伺服机构与航天器的发动机连接；第一控制单元，用于依据伺服机构的伸长量，控制伺服机构带动喷管进行矢量运动，其中，伺服机构与喷管连接。
[0012]进一步地，第一获取单元包括：采集子单元，用于实时采集航天器的第一控制力以及第二控制力，其中，第一控制力为航天器在俯仰方向的控制力，第二控制力为航天器在偏航方向的控制力；第一计算子单元，用于依据第一控制力以及第二控制力，计算控制力。
[0013]为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，该程序执行上述任意一项的一种控制航天器运动的方法。
[0014]为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，该程序执行上述任意一项的一种控制航天器运动的方法。
[0015]通过本专利技术，采用以下步骤：实时采集航天器的第一控制力、第二控制力以及发动机推力；实时获取控制航天器的控制力以及航天器的发动机推力；依据控制力以及发动机推力，通过四元数算法确定伺服机构的伸长量，其中，伺服机构用于控制航天器的运动角度，伺服机构与航天器的发动机连接；依据伺服机构的伸长量，控制伺服机构带动喷管进行矢量运动，其中，伺服机构与喷管连接，解决了相关技术中通过欧拉角计算航天器的运动姿态，造成大量的计算数据，过程繁杂的技术问题，进而达到了精确计算航天器运动姿态的技术效果。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例提供的一种控制航天器运动的方法的流程图；图2为本申请提供的一种在预设坐标系下的双推路矢量控制的伺服机构的结构示意图；图3为本申请提供的航天器发动机控制力的坐标示意图；
图4是根据本专利技术实施例提供的一种控制航天器运动的方法的装置的示意图。
[0017]其中，包括以下附图标记：10：伺服机构一；20：伺服机构二；401：第一获取单元；402：第一确定单元；403：第一控制单元。
具体实施方式
[0018]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0019]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0020]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制航天器运动的方法，其特征在于，包括：实时获取控制航天器的控制力以及所述航天器的发动机推力；依据所述控制力以及所述发动机推力，通过四元数算法确定伺服机构的伸长量，其中，所述伺服机构用于控制所述航天器的运动角度，所述伺服机构与所述航天器的发动机连接；依据所述伺服机构的伸长量，控制所述伺服机构带动喷管进行矢量运动，其中，所述伺服机构与所述喷管连接。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实时获取控制航天器的控制力包括：实时采集所述航天器的第一控制力以及第二控制力，其中，所述第一控制力为所述航天器在俯仰方向的控制力，所述第二控制力为所述航天器在偏航方向的控制力；依据所述第一控制力以及所述第二控制力，计算所述控制力。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，依据所述第一控制力以及所述第二控制力，计算所述控制力，包括：对所述第一控制力以及所述第二控制力分别进行预设处理，以得到规范化后的所述第一控制力以及所述第二控制力；依据所述预设处理后的所述第一控制力以及所述第二控制力，通过第一公式计算所述控制力，其中，所述第一公式为：, F
c
为所述控制力，F
y
为所述第一控制力， F
z
为所述第二控制力。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在依据所述控制力以及所述发动机推力，通过四元数算法确定伺服机构的伸长量之前，所述方法还包括：依据所述发动机推力以及所述控制力，计算所述航天器在实际运动过程中的摆角；确定预设坐标系，依据所述预设坐标系确定所述第一控制力、所述第二控制力以及所述控制力之间的转轴坐标方程式，并对所述方程式进行预设处理；依据所述摆角以及规范化后的所述转轴坐标方程式，确定所述航天器的旋转行为对应的四元数表达式。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，依据所述控制力以及所述发动机推力，通过四元数算法确定伺服机构的伸长量，包括：在所述预设坐标系中，确定所述伺服机构的初始长度以及所述伺服机构摆动所述摆角后的目标长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴考，布向伟，李曦，于继超，张弛，郭文正，蔡敬坤，
申请(专利权)人：东方空间技术北京有限公司，
类型：发明
国别省市：