[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

说明书

本发明公开了一种针对固体微推力器的两步控制分配方法，包括步骤一：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。本发明采用两步分配法解决了传统规划方法无法分配到微推力器阵列元冲量的问题，改善了固体微推力器的实用性。

技术领域

本发明属于控制分配领域，涉及推力分配，具体涉及一种针对固体微推力器阵列的两步控制分配方法。

背景技术

传统的控制系统设计中，一般将控制律与控制分配相结合，在一个全局中进行优化设计。但随着执行机构越来越复杂，过驱动推力器配置在航天器中广泛的应用，全局设计的难度迅速增加。针对冗余执行机构下的控制分配问题，采用控制分配方法，能够实现对于期望指标的优化分配，进而为控制系统增加了额外的性能指标，改善控制系统性能，并对于执行机构故障有一定的容错能力。控制分配环节可以与控制器分开设计，如图1所示，这也赋予了控制分配环节的很多优点：第一，可以考虑执行机构的约束，合理充分的利用执行机构；第二，如果执行机构意外失效，我们不必去重新设计控制律，可以直接对执行机构实现重组；第三，执行机构的分配过程是可以优化的；第四，可以在控制分配过程中实现滤波，从而将最佳的控制信号分配给执行机构。

微推力器是近年来新出现的一种高精度的作动器，具有体积小和输出精确的特性，目前已有许多关于其制备和测量的研究。由于微推力器在航天器上常采用冗余配置，且考虑到微推力器推力受限的特性，在一个控制律中同时进行推力受限与优化分配设计非常困难，所以研究基于微推力器的控制分配方法，合理利用执行机构进行控制。

传统的控制系统设计中，一般将控制律与控制分配相结合，在一个全局中进行优化设计。但随着执行机构越来越复杂，过驱动在航天器中广泛的应用，全局设计的难度迅速增加，现在一般将基本控制律与控制分配分离设计，这样可以更好的处理执行机构的各种约束。

当控制律的设计完成后，下一步将考虑在控制过程中如何将期望的该指令分配到冗余的、考虑物理约束的各单一执行机构是控制系统设计时需要考虑的又一个关键问题。控制分配是一个控制扩展和稳定的过程，它要达到的目的是通过控制分配指令使每一个可利用的执行器输出期望的控制力矩而满足系统要求，从数学角度来描述，控制分配问题实际上就是研究对约束欠定方程组如何进行求解的问题。

现有的控制分配技术主要采用修正伪逆与线性规划法，这两种方法对于连续受限推力能够较好的处理，但对于固体微推力器这样产生脉冲推力的执行机构，仅仅采用修正伪逆与线性规划法不能很好的描述推力约束，得到的分配结果达不到最优。同时，一个微推力器阵列集成上千个元冲量，其数量远超传统规划算法求解上限。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种针对固体微推力器阵列的两步控制分配方法，通过建立推力分配模型，设计两步分配整数规划方法，使规划算法能够处理高维数据，同时推力约束更接近实际情况，达到了分配结果精确到元冲量，具有高精度，省燃料的优势。

一种针对固体微推力器的两步控制分配方法，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。