[发明专利]空间非合作目标自主视线交会的无模型预设性能控制方法

权利要求书

1.一种空间非合作目标自主视线交会的无模型预设性能控制方法，其特征在于，包括：

1)建立视线坐标系下的非合作目标自主视线交会相对轨道运动模型；

式中，ρ为追踪航天器到非合作目标的标量距离；q_ε为视线坐标系下的视线倾角；q_β为视线坐标系下的视线偏角；d＝[d₁ d₂ d₃]^T为相对运动中的干扰总和；a＝[a₁ a₂ a₃]^T为非合作目标的未知加速度；u＝[u₁ u₂ u₃]^T为追踪航天器的控制力加速度矢量；分别为标量距离ρ、视线倾角q_ε、视线偏角q_β的一阶和二阶时间导数；

2)定义相对轨道控制状态量x_o1＝[ρ-ρ_d,q_ε-q_εd,-(q_β-q_βd)]^T，将相对轨道运动模型转化为仿射形式：式中，

为状态x_o1的一阶时间导数；分别为期望最终相对距离ρ_d、期望视线倾角q_εd、期望视线偏角q_βd的二阶时间导数；

3)以指数收敛速度、超调量和稳态误差边界为约束建立预设性能边界函数；

4)设计相对轨道无模型预设性能控制器；

5)设计相对姿态无模型预设性能控制器。

2.根据权利要求1所述空间非合作目标自主视线交会的无模型预设性能控制方法，其特征在于：所述步骤1)中设追踪航天器与非合作目标的最终相对距离为ρ_f，追踪航天器的期望视线倾角q_εd和期望视线偏角q_βd由计算得到，式中，ρ_ld＝[ρ_d q_εd q_βd]^T为视线坐标系下追踪航天器的期望位置；为惯性坐标系到视线坐标系的坐标转换矩阵；为非合作目标本体坐标系到惯性系的转换矩阵；n_b为非合作目标上的特征点在其本体坐标系中的单位方向矢量；基于四元数的追踪航天器姿态运动学方程如下，

式中，ω为追踪航天器的角速度；为追踪航天器的姿态四元数；叉乘算子[·^×]对于任意三维向量ξ＝[ξ₁ ξ₂ ξ₃]^T定义为，

追踪航天器的姿态动力学方程为J∈R^3×3为追踪航天器的惯量矩阵；M＝(M₁ M₂ M₃)^T和N＝(N₁ N₂ N₃)^T分别为追踪航天器姿态控制力矩和外部干扰；

追踪航天器的期望姿态综合考虑非合作目标的位置和太阳光线的入射方向；令追踪航天器本体坐标系的x_bcf轴为观测设备的中心轴线，太阳能帆板沿追踪航天器的y_bcf轴安装，假设太阳光线的入射方向为χ，则追踪航天器的期望空间姿态为，

借助坐标轴旋转方式和四元数的关系，计算得到追踪航天器的期望姿态四元数q_d＝[q_dv,q_d4]^T＝[q_d1,q_d2,q_d3,q_d4]^T；q_v和q₄分别为姿态四元数的矢量部分和标量部分，和为二者的一阶时间导数；J为追踪航天器惯量矩阵，J^-1为J的逆矩阵；z_bcf为本体坐标系的z轴指向。