[发明专利]一种空间柔性系统的欠驱动控制方法

说明书

本发明涉及一种空间柔性系统的欠驱动控制方法，建立空间柔性系统的动力学方程；计算滑模参数σ；计算柔性系绳振动抑制所需要的控制量u；输入系绳控制量u，完成柔性系绳的振动抑制。该控制方法的核心是建立分层滑模参数，从而使滑模参数完全涵盖可控部分状态变量和不可控部分状态变量。有益效果：降低平台卫星和释放子卫星的推力器燃料消耗；通过二级滑模控制器，使得空间柔性系统的顶层滑模参数快速到达所设计的滑模面上，从而使得柔性系绳在达到期望长度的同时，抑制其轨道面内/外角的摆动。

技术领域

本发明属于航天器控制技术研究领域，涉及一种空间柔性系统的欠驱动控制方法，具体涉及一种针对空间柔性欠驱动系统的欠驱动控制方法。

背景技术

空间柔性操控系统是由平台卫星(航天飞机、空间站或其他卫星等)、柔性连接系绳和释放子卫星(或轨道抓捕器等)共同构成的。空间柔性操控系统由于其灵活高、抓捕安全、造价低成本等优势，逐渐应用到卫星轨道转移、卫星编队对地观测等在轨应用。

由于相较于柔性连接系绳的长度，平台卫星和释放子卫星尺寸颗忽略不计，所以通常将其视为质点。由于系统绕地球轨道运行所产生的科氏力，柔性连接系绳会出现自然摆动。如何控制系绳摆动，是空间柔性系统控制方法的关键。例如，申请号为CN201410181680.1的中国专利提出了一种空间绳系系统跟踪最有轨迹的协调控制方法，通过系绳拉力和平台卫星推力器共同实现柔性连接系绳的稳定；申请号为CN201710268861.1的中国发明专利，提出了一种空间绳系系统在保持段的系绳面内面外角稳定控制方法，同样是系绳拉力和平台卫星以及释放子卫星推力器，完成对系绳摆动的控制。但是在实际任务中，由于平台卫星和释放子卫星推力器燃料有限，在完成自身轨道控制的基础上，无法一直工作配合系绳拉力完成柔性系绳的摆动抑制控制。如何只利用系绳拉力完成柔性连接系绳的摆动抑制控制是本发明重点。

轨道运动产生的科氏力对系绳运动影响较大，其最显著影响就是系绳的轨道面内面外角摆动，尤其是在系绳释放和回收两个阶段。传统控制方法都是利用系绳拉力配合平台卫星或释放子卫星的推力器完成系绳的稳定控制。但是由于燃料有限，且系绳两端卫星要完成自身的轨道姿态控制，利用推力器的系绳稳定控制方法并不是最优解决方案。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种空间柔性系统的欠驱动控制方法，提出了一种只利用系绳张力控制的空间柔性系统欠驱动控制方法，从而实现柔性连接系绳的快速稳定控制。

技术方案

一种空间柔性系统的欠驱动控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、建立空间柔性系统的动力学方程：

其中，α，和分别表示柔性系绳摆动的轨道面内角、角速度和角加速度；β，和分别表示柔性系绳摆动的轨道面外角、角速度和角加速度；l，和分别表示柔性系绳的长度、释放/回收速度和加速度；T表示系绳控制张力；m^*和均表示质量系数，其具体表示为和其中m₁，m₂和m_t分别为平台卫星、释放卫星和柔性系绳质量；

步骤2、计算滑模参数σ：计算分层的滑模参数：和

建立系统的顶层滑模参数σ＝δ_ασ_α+δ_βσ_β+δ_lσ_l

其中c_α，c_β和c_l分别为各个底层滑模参数的滑模系数；δ_α，δ_β，δ_l分别是各个底层滑模参数的权重系数；

步骤3、计算柔性系绳振动抑制所需要的控制量u：