[发明专利]一种基于凸包确定推力器列表的控制分配方法

权利要求书

1.一种基于凸包确定推力器列表的控制分配方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、根据推力器安装构型，基于凸包确定最优推力器组合表；

步骤二、由期望控制力矩T_c，结合离线确定的预装定数据，利用法向量判定方法，确定最优推力器组合；

其中，预装定数据是指需要预先计算出来并存储在星载计算机中的数据；主要包括：(1)最优推力器组合表；(2)各推力器组合围成多锥形体的锥面法向量；(3)各象限中包含的推力器组合；(4)给出T_c属于各最优推力器组合围成区域的内部时所应满足的条件；

步骤三、根据推力器是否能够输出连续大小的推力，将推力器工作模式分为连续控制量输出模式以及离散开关控制模式，若为连续控制量输出模式，则转至步骤四，否则转至步骤五；

步骤四、推力器为连续控制量输出模式时，根据最优推力器组合所对应的控制效率矩阵A_i，利用伪逆法确定各推力器的分配量，若超出推力输出能力范围，则利用其上下限值进行修正；

步骤五、推力器为全开和全关控制模式时，确定推力器组合中推力器的数目为n,给出2ⁿ中可能的推力器开关状态组合，并计算2ⁿ种不同开关状态组合下，推力器所能产生的力矩T_i，选择出分配误差最小所对应的开关状态；

步骤一中基于凸包确定最优推力器组合表的具体步骤为：

步骤a、由推力器的安装构型，确定各推力器产生的力矩矢量集合为M；

步骤b、将力矩坐标矢量沿着与坐标轴平行的平面进行投影，确定各投影面上的交点坐标；

(1)判断n个矢量的坐标矢量是否存在坐标为0的情况，当存在坐标为零的情况时，对所有的坐标进行旋转变换直至不出现坐标为0的情况；

(2)按照X轴，Y轴以及Z轴的分量是否大于零将坐标分为6组，分别为C_x0,C_x1,C_y0,C_y1,C_z0,C_z1；

(3)将C_x0,C_x1,C_y0,C_y1,C_z0,C_z1中的矢量分别沿平面X＝-1,X＝1,Y＝-1,Y＝1,Z＝-1,Z＝1六个平面进行投影，在各个平面形成的交点坐标集合为B_x0,B_x1,B_y0,B_y1,B_z0,B_z1.

步骤c、利用二维平面凸包确定的增量方法，确定二维平面上的最小凸包；具体步骤如下：

(1)对于点集中的m个交点坐标b₁,b₂…b_m，计算m个点与x轴正方向的夹角；

(2)按照夹角从小到大依次排序，分别为b_i1,b_i2…b_im；

(3)判断各顶点的凹凸性，当各个顶点都为凸顶点时，则转至步骤7，否则转至步骤4；

(4)将各个凹顶点依次存储至集合G中，以第一个凹顶点为基点，由与其相邻的两个顶点构成的三角形作为初始最小凸包，并将该三个顶点从顶点集合中移除；

(5)判断顶点集合中是否还存在顶点，若存在，则转至步骤6，否则转至步骤7；

(6)按照步骤2中排好的顺序，依次增加顶点，同时将其从顶点集合中移除，确定加入新的顶点后所形成的凸包，并判断其是否满足最小凸包条件：所有的顶点都构成凸包的顶点，若满足最小凸包条件，则转至步骤5，否则转至步骤7；

(7)存储最小凸包，若顶点集合不存在顶点时，转至步骤8，否则以当前顶点为基点，由与其相邻的两个顶点构成的三角形作为初始最小凸包，并将该三个顶点从顶点集合中移除，转至步骤5；

(8)判断最后一个最小凸包与第一个最小凸包能否进行整合成新的凸包，若能则将这两个凸包进行合并成新的最小凸包；

(9)输出各个最小凸包；

步骤d、根据步骤c输出的各个最小凸包，确定构成凸包顶点的力矩矢量，与力矩矢量相对应的推力器构成最优推力器列表中的一个组合，从而制定出推力器组合列表。

2.根据权利要求1所述的一种基于凸包确定推力器列表的控制分配方法，其特征在于步骤二中提及利用法向量判定方法确定最优推力器组合，其具体步骤为：

步骤1、对于每个推力器组合，计算相邻两推力矢量所确定的n个平面的法向量；

步骤2、根据推力器组合中推力器力矩方向，确定其围成空间所在的象限；

步骤3、确定各象限所包含的推力器组合，并利用法向量的方向，列出控制指令T_c属于该区域的内部时所应满足的点积的正负条件；

步骤4、根据三维控制指令矢量T_c确定其在三维空间所在的象限；

步骤5、计算控制指令矢量T_c与所在象限内各平面法向量的点积；

步骤6、利用步骤3所确定的标准，快速判断出控制指令矢量T_c所属的组合区域。