[发明专利]一种针对固体微推力器阵列的两步控制分配方法

权利要求书

1.一种针对固体微推力器的两步控制分配方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：对每一片固体微推力器阵列进行区域分割，并将该区域的中心视作一个伪推力器的作用点，建立粗分配模型；

步骤二：对上层控制力利用粗分配模型进行粗分配，确定需要点火的区域，再对点火区域内的元冲量建立分配模型，进行一次精分配，将控制力需求分配至各个元冲量上；

步骤三：更新分配模型；保证下次分配时不再使用已用元冲量；

若该元冲量或该点火区域已经完全使用，令其所对应的效率矩阵中的列置0，即完成了分配模型更新。

2.根据权利要求1所述的一种针对固体微推力器的两步控制分配方法，其特征在于，所述的步骤一具体为：

进行区域分割后，假设有n个区域中心，位于航天器的本体坐标系Ox_by_bz_b，其位置矩阵为[d₁ d₂ … d_n]，d_i＝(x_i y_i z_i)^T表示由航天器质心指向第i个区域中心的位置矢量；伪推力器产生的单位推力矢量矩阵为A_p＝[e₁ e₂ … e_n]，e_i表示第i个伪推力器产生的单位推力在本体坐标系三轴上分量；

设第i个伪推力器的推力大小为F_i，则其产生的对质心的推力为：

U_i＝F_ie_i

其产生的对质心的力矩为：

T_i＝(d_i×e_i)F_i

将力与力矩整合在一起，得到推力分配的数学模型：

Cf＝q

其中，f＝[f₁ f₂ … f_n]^T，f_i表示第i个伪推力器产生推力；若控制三轴力矩与推力，取q为六维列向量；C为效率矩阵，其每一列表示执行机构单位执行力在空间中的投影；

当同时控制推力与力矩时B_p＝[d₁×e₁ d₂×e₂ … d_n×e_n]，A_p＝[e₁ e₂ …e_n]，e_i表示第i个伪推力器产生的单位推力在本体坐标系三轴上分量；

设固体微推力器点火一个元冲量产生的力为ω，x表示固体微推力器所需点火的元冲量个数，则有

ωCx＝q

其中C为效率矩阵；

x＝[x₁ x₂ … x_n]^T，x_i表示第i个伪推力器阵列所消耗的元冲量个数；

q＝[F_x F_y F_z M_x M_y M_z]^T，表示由控制律给出的三轴所需控制力与力矩；

燃料消耗最小作为优化目标，定义目标函数：

其中：x_i表示第i个伪推力器阵列所消耗的元冲量个数；J表示消耗的元冲量总个数；

推力分配即是找到一组x，使得J最小，数学模型为：

其中，N^*代表自然数集，引入误差变量弱化模型约束；

设

e⁺-e^-＝ωCx-q

其中表示力在三轴方向的正向误差，力矩在三轴的正向误差，表示力在三轴方向的负向误差，力矩在三轴的负向误差；

得到新的规划模型：

写成矩阵形式，则

min c^Ty

其中，e_max代表容许最大推力/力矩误差；

决策变量D＝[I -I -ωC]；I为六阶单位阵，n为伪推力器个数；x_n×1＝[x₁ … x_n]^T，x_i表示第i个伪推力器阵列所消耗的元冲量个数，0_6×1代表全0列向量，1_6×1代表全1列向量。

3.根据权利要求1所述的一种针对固体微推力器的两步控制分配方法，其特征在于，所述的步骤二具体为：

获取精分配模型：

min c′^Ty′

其中：决策变量D′＝[I -I -ωC′]，C′是以单个元冲量为推力作用点所建立的效率矩阵，l为精分配中推力器个数，x′_l×1＝[x′₁ … x′_l]^T，x′_i表示第i个推力器是否点火。