[发明专利]一种信息不完备情形下的空间非合作目标接管控制方法

说明书

本发明公开了一种信息不完备情形下的空间非合作目标接管控制方法，包括对服务航天器‑非合作目标的组合体进行运动学动力学建模；计算组合体的实际惯量参数和估计值；得到组合体输入分布矩阵的实际值B和计算值的关系；建立信息不完备情形下组合体的运动学动力学方程；将被控对象分为内外两个环路，建立控制器，实现对组合体的接管控制。实现了在目标信息不完备以及存在干扰、以及参数不确定的情形下，将航天器‑非合作目标组合体的姿态调整到期望值的目标。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，涉及一种信息不完备情形下的空间非合作目标接管控制方法。

背景技术

空间碎片的不断增多给人类航天活动的安全带来不利影响，空间碎片的抓捕和移除已成为当前航天在轨服务的研究热点。另一方面，作为未来空间探索的一部分，小行星的捕获和研究任务已经成为美国国家航天局的重点项目之一。空间碎片和小行星都是空间非合作目标，其接管控制技术已成为当前急需研究的重要课题。空间非合作目标通常不能配合服务航天器的动作，也不能提供完备的状态信息。因此，研究信息不完备情形下的接管控制方法，具有重要的理论和实践意义。

Yoshida等提出了空间非合作目标捕获过程的完整控制方法，包括接近段的动量法、碰撞过程中的阻抗控制法和碰撞后的分布式动量方法。Liu等提出了一种接管后组合体的比例-微分镇定方法。Flores等研究了一种最小化碰撞的最优控制策略。此外，Huang等研究了基于空间绳系机器人的一系列接管控制方法。但是，上述方法都未考虑被接管对象的信息不完备性。如前所述，常见的空间非合作目标，如空间碎片、失效航天器和小行星等都不能提供完备的状态信息。因此，本发明针对信息不完备情形下的空间非合作目标，基于自适应思想提出了一种可靠的接管控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种信息不完备情形下的空间非合作目标接管控制方法；实现了在目标信息不完备以及存在干扰、以及参数不确定的情形下，将航天器-非合作目标组合体的姿态调整到期望值的目标。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种信息不完备情形下的空间非合作目标接管控制方法，包括以下步骤：

步骤1，对服务航天器-非合作目标的组合体进行运动学动力学建模；

步骤2，计算组合体的实际惯量参数和估计值；

步骤3，得到组合体输入分布矩阵的实际值B和计算值的关系；

步骤4，建立信息不完备情形下组合体的运动学动力学方程；

步骤5，将被控对象分为内外两个环路，建立控制器，实现对组合体的接管控制。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中步骤5中控制器包括内环控制律和外环控制律，其中内环控制律通过组合体的期望姿态和姿态运动学进行调整；外环控制律包括非线性反馈和非线性不确定性自适应补偿输出控制分配环节，控制分配环节与输入不确定性自适应补偿输出姿态动力学。

其中步骤5中内环控制律为ω_e,virtual＝-kq_e，其中k＞0；定义外环控制律为：其中为的估计值，

其中步骤5中控制分配环节为：输入不确定性的补偿项为：其中得到控制律为u＝u_c+u_a。

其中步骤1中组合体的姿态运动学和动力学方程分别用四元数表示为：其中为单元四元数，表示组合体的角速度，B表示控制分布矩阵，u代表控制输入，d_ext分别代表外干扰，为反对称矩阵，且S(x)y＝x×y。

其中步骤2中通过平行轴定理计算得到组合体实际惯量参数在控制过程中获得测量的惯量参数并且计算两者的差值