专利汇可以提供一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法及系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种大干扰和小惯量情况下的快速 姿态 机动方法及系统,本方法步骤:(1)根据上拍的控制量和当拍采集得到的 角 速度 ,结合姿态动 力 学方程进行干扰力矩的快速估计;(2)基于估计干扰力力矩,考虑到控制时延,利用姿态动力学方程进行四元数和角速度预测;(3)根据目标四元数和预测的本体四元数,计算本体姿态相对于目标姿态的四元数误差,根据该四元数误差大小划分为恒定角速度控制区、抛物线目标角速度控制区和姿态角控制区;(4)基于四元数分区,以及预测的姿态四元数和角速度,计算PID 控制器 +干扰力矩前馈的控制量;(5)将计算得到的控制量送入脉宽 调制器 ,得到对应 发动机 的喷气时间。采用该方法,可以在存在干大扰和时延情形下,实现小惯量 航天器 的快速姿态机动。,下面是一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法,其特征在于在每个控制周期内执行如下步骤:
第一步,根据上拍的控制量和当拍采集得到的角速度,结合姿态动力学方程进行干扰力矩快速估计;
第二步,根据步骤一的干扰力矩估计结果,考虑到控制时延,利用姿态动力学方程进行本体四元数和角速度预测;
第三步,根据目标四元数和步骤二预测的本体四元数,计算本体姿态相对于目标姿态的四元数误差,根据该四元数误差大小确定当拍所处的控制区;所述的控制区包括恒定目标角速度控制区、抛物线目标角速度控制区和姿态角控制区;
第四步,基于步骤二预测的本体姿态四元数和角速度结合第一步中的干扰力矩估计结果,计算当前控制区内的控制量;
第五步,将步骤四计算得到的控制量送入脉宽调制器,得到对应发动机的喷气时间。
2.根据权利要求1所述的一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法,其特征在于:步骤一中按照下述公式进行干扰力矩快速估计:
其中ξ为干扰估计的中间状态变量,ω为角速度矢量,J为卫星的惯量阵,T为控制力矩,λ为控制干扰力矩估计收敛速度的参数,Δt为控制周期,为干扰力矩估计结果,下表k和k+1分别表示上拍和当拍的控制周期序号。
3.根据权利要求1所述的一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法,其特征在于步骤二通过下述公式进行预测:
其中,下标k和k+1分别表示上拍和当拍的控制周期序号,Td为时延大小,ωpre和(q0,pre,qv,pre)分别为预测的Td秒后的本体角速度和四元数,ωk+1和(q0,k+1,qv,k+1)分别为估计的当拍本体角速度和四元数,Jk+1为估计的当拍惯量阵, 为估计的当拍干扰力矩。
4.根据权利要求1所述的一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法,其特征在于:第三步中的控制区根据该四元数误差大小δθ进行划分,
若|δθ|≥θL,属于恒定目标角速度控制区;
若θS≤|δθ|<θL,属于抛物线目标角速度控制区;
若|δθ|<θS,则为姿态角控制区;
所述的θL为大误差角阈值,θS为小误差角阈值,均根据实际需求进行设置。
5.根据权利要求4所述的一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法,其特征在于:
在恒定目标角速度控制区,控制姿态系统以恒定的目标角速度往回漂移;
在抛物线目标角速度控制区,控制姿态系统以抛物线形式的目标角速度往回漂移;
在姿态角控制区,基于姿态角进行控制。
6.根据权利要求5所述的一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法,其特征在于:
在恒定目标角速度控制区,目标角速度ωd为:
ωd=-ωLqerr,v
在抛物线目标角速度控制区,目标角速度ωd为;
其中,ωL为设定的角速度大小,ad为角加速度大小,qerr,v为本体相对于惯性系的四元数的矢量部分。
7.根据权利要求6所述的一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法,其特征在于:
ad的设定值不应该大于实际发动机可能产生的最大力矩,
8.根据权利要求1所述的一种大干扰和小惯量情况下的快速姿态机动方法,其特征在于:所述第四步中采用PID控制中的比例、微分控制加上干扰力矩实时前馈的方式计算控制量。
9.一种采用PID控制与干扰力矩前馈的闭环系统,其特征在于:包括时延Delay模块、干扰力矩控制器、陀螺测量模块、PID控制器、差分模块、输入接收模块;
陀螺测量模块,实时采集被控对象的角速度积分值 并将采集的角速度积分值发送至差分模块以及输入接收模块;
差分模块将角速度积分值 进行处理,预测当拍的角速度 并输出至干扰力矩估计器以及PID控制器;
输入接收模块接收由制导律实时给出的目标姿态角r以及陀螺测量模块发送的的角速度积分值 确定目标姿态角与当拍姿态角的误差e,将该误差e输入至PID控制器以及干扰力矩估计器;
PID控制器根据接收的角速度 以及误差e,确定控制力矩;
干扰力矩控制器,根据上拍的控制量和当拍的角速度 以及误差e,结合姿态动力学方程快速估计干扰力矩;
时延Delay模块,将PID控制器的输出加上估计的干扰力矩组成总的控制力矩u,考虑控制时延后,将控制力矩输出至被控对象。
10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于:所述的制导律根据当拍本体姿态相对于目标姿态的四元数误差大小确定当拍所处的控制区;所述的控制区包括恒定目标角速度控制区、抛物线目标角速度控制区和姿态角控制区;在恒定目标角速度控制区,控制姿态系统以恒定的目标角速度往回漂移;在抛物线目标角速度控制区,控制姿态系统以抛物线形式的目标角速度往回漂移;在姿态角控制区,基于姿态角进行控制。
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