[发明专利]线性伪谱外太空飞行器能量最优大角度姿态机动控制方法

权利要求书

1.一种线性伪谱外太空飞行器能量最优大角度姿态机动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：机动任务初始化：设置姿态机动的任务参数；

S2：获得姿态机动能量最优基准控制轨迹：先利用高斯伪谱法将飞行器能量最优姿态机动最优控制问题转化为非线性规划问题，再利用SNOPT求解所述非线性规划问题，从而获得飞行器能量最优姿态机动轨迹，包括状态量的时间序列控制量的时间序列并将所述飞行器能量最优姿态机动轨迹作为基准控制轨迹；

S3：修正方法参数设置：设置线性伪谱模型预测控制修正方法的节点数N，控制修正更新检查间隔τ_check，控制修正阈值

S4：按基准控制进行机动：飞行器将按照基准控制轨迹进行姿态机动控制，同时记录当前的时间；若当前时间距上次更新检查时间到达τ_check时，进入步骤S5；若当前时间到达姿态机动限定时间T时，停止控制，完成姿态机动；

S5：控制更新检查：根据当前状态和基准控制，进行一次全程积分，获得当前状态控制不加修正下的终端状态积分预测偏差若终端状态积分预测偏差大于控制修正阈值，即则进入步骤S6进行控制修正，否则返回步骤S4；

S6：控制指令修正：获取终端预测状态量与高斯节点的状态量、控制量之间的关系，根据步骤S5得到的终端状态积分预测偏差计算出控制指令修正量δu(t)，与基准控制轨迹中控制量的时间序列结合得到修正后的控制量并将所述修正后的控制量作为新的基准控制，返回步骤S4。

2.根据权利要求1所述的线性伪谱外太空飞行器能量最优大角度姿态机动控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述任务参数包括：

姿态机动限定时间T，初始姿态角[γ₀,θ₀,ψ₀]，初始姿态角速度[ω_x0,ω_y0,ω_z0]，终端姿态角[γ_f,θ_f,ψ_f]，终端姿态角速度[ω_1f,ω_2f,ω_3f]，控制幅值约束[U_1max,U_2max,U_3max]，其中，γ为绕飞行器本体系OX^b轴转动的滚转角，θ为绕飞行器本体系OY^b轴转动的俯仰角，ψ为绕飞行器本体系OZ^b轴转动的偏航角，U_i(i＝1,2,3)分别为滚转、俯仰、偏航通道的控制力矩，下标0代表起始时刻，下标f代表终端时刻，下标max代表幅值上限。

3.根据权利要求1所述的线性伪谱外太空飞行器能量最优大角度姿态机动控制方法，其特征在于，所述步骤S2中：飞行器能量最优大角度姿态机动问题可描述为：寻找时变控制指令u(t)∈R³，使得满足状态空间方程的系统的状态量x在有限时间t≤T内从初始状态转变为终端状态同时满足过程约束和控制消耗的能量最优。

4.根据权利要求1所述的线性伪谱外太空飞行器能量最优大角度姿态机动控制方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括如下步骤：

(1)状态偏差转播方程的线性化；

(2)终端预测偏差与控制修正的解析关系的推导；

(3)控制修正能量最优解析解；

(4)控制基准轨迹的更新。