[发明专利]一种基于电磁力的多集群航天器构形重构控制方法有效

专利信息
申请号: 201810409985.1 申请日: 2018-05-02
公开(公告)号: CN108762282B 公开(公告)日: 2023-07-04
发明(设计)人: 胡敏;杨茗棋;宋俊玲;肖龙龙;徐家辉;赵玉龙;李强;张学阳 申请(专利权)人: 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学
主分类号: G05D1/08 分类号: G05D1/08;B64G1/24;B64G1/28
代理公司: 北京中政联科专利代理事务所(普通合伙) 11489 代理人: 陈超
地址: 101416 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 磁力 集群 航天器 构形 控制 方法
【权利要求书】:

1.一种基于电磁力的多集群航天器构形重构控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:分析多航天器系统与双航天器系统的区别;

步骤2:设计多航天器系统重构目标构形;

以四个航天器系统为例:以航天器Sat 1为中心,设计三个航天器Sat 2、Sat 3、Sat 4形成空间圆构形,三个航天器均匀分布在相对运动轨道面上;

步骤3:构形重构自抗扰控制;

采用自抗扰控制方法,使多航天器系统由初始构形达到目标构形,实现基于电磁力的多航天器系统的构形重构,每个航天器相对参考航天器进行双航天器的自抗扰控制器设计;

步骤4:分析磁矩与电流关系;

将参考航天器的磁矩分解为分别指向三个航天器的磁矩;每个航天器配备反作用飞轮,控制各航天器的磁矩指向参考航天器;根据电流模型,航天器的磁矩大小可以用航天器各轴电流表示;

步骤5:电流最优分配;

磁矩分配最优化问题为一个欠定方程的求解问题,根据模拟退火优化算法实现四航天器系统的磁矩分配;再根据磁矩与电流的关系,得到电流最优分配;

步骤5.1:选定初始控制温度T0,马氏链长度L,迭代次数k=0,衰减参数d,降温函数Tk=d·T0,选取目标函数,总干扰力矩的最小值为最优值,总干扰力矩包括反作用飞轮为维持两航天器磁矩共轴累积的力矩和地磁场对航天器的干扰力矩之和;

步骤5.2:在可行解空间中随机生成初始解环绕航天器电流I2,I3,I4的x,y轴分量,根据电磁力对航天器磁矩的约束条件计算得到I2,I3,I4的z轴分量;再计算得到总干扰力矩T(I2,I3,I4),令此时的I2,I3,I4为最优解,T(I2,I3,I4)为最优目标函数;其中,I1、I2、I3、I4分别为航天器Sat 1、Sat 2、Sat 3、Sat 4的三轴电流组成的向量;

步骤5.3:产生一次随机扰动,在可行解空间中得到一个新解I′2,I′3,I′4,计算总干扰力矩T(I′2,I′3,I′4),新解产生的总干扰力矩与当前最优总干扰力矩之差ΔT=T(I′2,I′3,I′4)-T(I2,I3,I4);

步骤5.4:根据Metropolis准则判断是否接受新解:

若ΔT=T(I′2,I′3,I′4)-T(I2,I3,I4)≤0,则接受新解,令新解为最优解I2=I′2,I3=I′3,I4=I′4,此时最优目标函数为T(I2,I3,I4)=T(I′2,I′3,I′4);若ΔT=T(I′2,I′3,I′4)-T(I2,I3,I4)>0,则依概率接受新解:

若random[0,1)表示[0,1)区间的随机数,接受新解,令新解为最优解I2=I′2,I3=I′3,I4=I′4,此时最优目标函数为T(I2,I3,I4)=T(I′2,I′3,I′4);否则,不接受新解,此时最优解仍为I2,I3,I4,最优目标函数仍为T(I2,I3,I4);

步骤5.5:重复执行L次步骤5.2至步骤5.4,得到链长为L的马氏过程的一个最优解;

步骤5.6:判断是否达到迭代次数,若达到则输出最优解及最优目标函数,否则执行下一步;

步骤5.7:迭代次数k=k+1,最优解更新为步骤5.4得到的I2,I3,I4,最优目标函数为相应的T(I2,I3,I4),温度函数变为Tk+1,马氏链长度变为Lk+1,返回步骤5.2。

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