[发明专利]一种空天飞行器在轨操作相对位置姿态联合控制方法

权利要求书

1.一种空天飞行器在轨操作相对位置姿态联合控制方法，其特征在于包括：

确定飞行器运动控制参数；

设计飞行器转动三轴递阶饱和控制器指令u_c，根据所述飞行器转动三轴递阶饱和控制器指令u_c和刚体卫星姿态动力学方程，得到飞行器指令力矩T_c；

设计飞行器平动三轴递阶饱和控制器指令u_c'，根据所述飞行器平动三轴递阶饱和控制器指令u_c'和刚体卫星位置动力学方程，得到飞行器指令力F_c；

根据所述飞行器指令力矩T_c计算得到每一个控制周期T_sam内的转动需求喷气时间t_onA；

根据所述飞行器指令力F_c计算得到每一个控制周期T_sam内的平动需求喷气时间t_onR；

根据所述每一个控制周期T_sam内的转动需求喷气时间t_onA和每一个控制周期T_sam内的平动需求喷气时间t_onR，得到每一个控制周期内位置姿态联合控制指令开机时间t_on。

2.根据权利要求1所述的空天飞行器在轨操作相对位置姿态联合控制方法，其特征在于：所述飞行器运动控制参数包括最大机动角加速度最大机动加速度转动阻尼比ξ和平动阻尼比ξ'。

3.根据权利要求2所述的空天飞行器在轨操作相对位置姿态联合控制方法，其特征在于：所述最大机动角加速度选取原则为执行机构可产生的最大角加速度的50％～70％；所述最大机动加速度选取原则为执行机构可产生的最大加速度的50％～70％；所述转动阻尼比ξ和平动阻尼比ξ'在机动过程中选取原则为ξ取值为1～1.5，ξ'取值为1～1.5；稳定过程选取原则为ξ取值为0.6～0.8，ξ'取值为0.6～0.8。

4.根据权利要求1所述的空天飞行器在轨操作相对位置姿态联合控制方法，其特征在于：所述飞行器转动三轴递阶饱和控制器指令u_c的表达式如下：

其中，q_btv为q_bt四元数的矢量部分；q_up为|q_btv|的上限，具体表达式如下：

其中，ξ为转动阻尼比，ω_n为转动自然角频率，K_p为转动比例系数，K_d为转动微分系数，u_up为执行机构所准许的在转动方向上能够取得的最大值；为-q_btv方向的最大角加速度，satv()为矢量饱和函数，其定义如下：

5.根据权利要求4所述的空天飞行器在轨操作相对位置姿态联合控制方法，其特征在于：所述转动比例系数K_p与转动微分系数K_d的计算公式如下：

K_d＝2ξω_nE₃

其中：E₃为3阶单位阵。

6.根据权利要求1～5之一所述的空天飞行器在轨操作相对位置姿态联合控制方法，其特征在于：根据所述飞行器转动三轴递阶饱和控制器指令u_c和刚体卫星姿态动力学方程，得到飞行器指令力矩T_c的具体方法如下：

其中：I为飞行器的转动惯量，ω_bi为飞行器相对于惯性系的角速度，h为飞轮角动量，为飞轮角动量变化率，T_g为重力梯度力矩，T_m为磁卸载力矩。