[发明专利]一种大角度姿态机动相平面控制方法及系统有效
| 申请号： | 201810839860.2 | 申请日： | 2018-07-27 |
| 公开（公告）号： | CN109080855B | 公开（公告）日： | 2020-07-14 |
| 发明（设计）人： | 张洪华;关轶峰;李骥;王泽国;程铭;王志文;王华强;于洁;杨巍;张晓文 | 申请（专利权）人： | 北京控制工程研究所 |
| 主分类号： | B64G1/26 | 分类号： | B64G1/26 |
| 代理公司： | 中国航天科技专利中心 11009 | 代理人： | 马全亮 |
| 地址： | 100080 *** | 国省代码： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 角度 姿态 机动 平面 控制 方法 系统 | ||
1.一种大角度姿态机动相平面控制方法，其特征在于：该方法基于误差四元数进行目标角速度跟踪控制，具体步骤包括：
(1)设定航天器的初始状态时，三轴角度偏差a(0)＝[0 0 0]T；
(2)第i个控制周期时，i≥1，计算误差四元数qBT(i)；
(3)第i个控制周期时，计算三轴目标角速度ωr(i)；
(4)第i个控制周期时，计算角速度偏差ωBT(i)；
(5)第i个控制周期时，计算角度偏差a(i)；
(6)第i个控制周期时，根据角度偏差a(i)和角速度偏差ωBT(i)，进行第i个控制周期的相平面控制，得到第i个控制周期的推力器姿态控制喷气脉宽；
(7)对于其它控制周期，均循环执行步骤(2)～(6)，完成对应控制周期的相平面控制，得到对应控制周期的推力器姿态控制喷气脉宽；
所述误差四元数qBT(i)具体为：
qBT(1,i)＝-qGI1·q(4,i)-qGI2·q(3,i)+qGI3·q(2,i)+qGI4·q(1,i)；
qBT(2,i)＝qGI1·q(3,i)-qGI2·q(4,i)-qGI3·q(1,i)+qGI4·q(2,i)；
qBT(3,i)＝-qGI1·q(2,i)+qGI2·q(1,i)-qGI3·q(4,i)+qGI4·q(3,i)；
qBT(4,i)＝qGI1·q(1,i)+qGI2·q(2,i)+qGI3·q(3,i)+qGI4·q(4,i)；
其中：qBT(i)＝[qBT(1,i)qBT(2,i)qBT(3,i)qBT(4,i)]T为误差四元数，q(i)＝[q(1,i)q(2,i)q(3,i)q(4,i)]T为第i个控制周期测量得到的姿态四元数，qGI＝[qGI1 qGI2 qGI3qGI4]T为目标姿态四元数；
所述三轴目标角速度计算如下：
ωr(i)＝dθr·[qBT(1,i)qBT(2,i)qBT(3,i)]T/norm([qBT(1,i)qBT(2,i)qBT(3,i)])；
其中：dθr为合成目标角速度，函数norm()为求模函数；
角速度偏差的计算如下：
ωBT(i)＝ω(i)-ωr(i)；
其中：ω(i)为第i个控制周期测量得到的角速度；
角度偏差计算如下：
a(i)＝a(i-1)+ωBT(i)·Δt；
其中：Δt为控制周期。
2.一种大角度姿态机动相平面控制系统，其特征在于包括：
初始状态设置模块：用于设定航天器的初始状态，令三轴角度偏差a(0)＝[0 0 0]T；
误差四元数计算模块：用于在第i个控制周期时，i≥1，计算误差四元数qBT(i)；
目标角速度计算模块：用于在第i个控制周期时，计算三轴目标角速度ωr(i)；
角速度偏差计算模块：用于在第i个控制周期时，计算角速度偏差ωBT(i)；
角度偏差计算模块：用于在第i个控制周期时，计算角度偏差a(i)；
相平面控制模块：根据角度偏差计算模块和角速度偏差计算模块的计算结果，在第i个控制周期，进行第i个控制周期的相平面控制，得到第i个控制周期的推力器姿态控制喷气脉宽；
所述误差四元数qBT(i)具体为：
qBT(1,i)＝-qGI1·q(4,i)-qGI2·q(3,i)+qGI3·q(2,i)+qGI4·q(1,i)；
qBT(2,i)＝qGI1·q(3,i)-qGI2·q(4,i)-qGI3·q(1,i)+qGI4·q(2,i)；
qBT(3,i)＝-qGI1·q(2,i)+qGI2·q(1,i)-qGI3·q(4,i)+qGI4·q(3,i)；
qBT(4,i)＝qGI1·q(1,i)+qGI2·q(2,i)+qGI3·q(3,i)+qGI4·q(4,i)；
其中：qBT(i)＝[qBT(1,i)qBT(2,i)qBT(3,i)qBT(4,i)]T为误差四元数，q(i)＝[q(1,i)q(2,i)q(3,i)q(4,i)]T为第i个控制周期测量得到的姿态四元数，qGI＝[qGI1 qGI2 qGI3qGI4]T为目标姿态四元数；
所述三轴目标角速度计算如下：
ωr(i)＝dθr·[qBT(1,i)qBT(2,i)qBT(3,i)]T/norm([qBT(1,i)qBT(2,i)qBT(3,i)])；
其中：dθr为合成目标角速度，函数norm()为求模函数；
角速度偏差的计算如下：
ωBT(i)＝ω(i)-ωr(i)；
其中：ω(i)为第i个控制周期测量得到的角速度；
角度偏差计算如下：
a(i)＝a(i-1)+ωBT(i)·Δt；
其中：Δt为控制周期。
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