[发明专利]一种大角度姿态机动相平面控制方法及系统

说明书

本发明提出一种大角度姿态机动相平面控制方法及系统，利用推力器进行喷气、基于误差四元数进行姿态控制。该方法及系统基于误差四元数进行目标角速度跟踪控制：根据姿态四元数与目标姿态四元数计算误差四元数，得到误差四元数的欧拉转轴，设计三轴目标角速度；将测量角速度与目标角速度作差，计算角速度偏差；将角速度偏差积分，得到角度偏差；根据角度偏差和角速度偏差，进行相平面控制，得到推力器姿态控制喷气脉宽；本发明方法及系统避免了大角度机动时的三轴耦合，减少了喷气次数和燃料消耗。

技术领域

本发明涉及一种大角度姿态机动相平面控制方法及系统，尤其涉及一种利用推力器进行喷气、基于误差四元数的姿态控制方法及系统，属于姿态控制技术领域。

背景技术

航天器大角度姿态机动常用的方法是：根据航天器姿态四元数与目标姿态四元数计算误差四元数，取误差四元数的矢量部分，放大2倍后作为三轴姿态角偏差；本体三轴惯性角速度作为姿态角速度偏差；将三轴姿态角偏差和角速度偏差，输入相平面控制方法，输出三轴姿控喷气脉宽。

上述基于误差四元数计算的角度偏差和基于惯性角速度计算的角速度偏差，在小角度偏差时，三轴角度偏差近似为角速度偏差的积分；当进行大角度姿态机动时，近似积分关系不成立，某个轴的角速度会耦合到其它轴的角度偏差的积分计算中，导致姿态机动过程中，推力器喷气频繁、推进剂消耗增加。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，针对利用推力器进行喷气、基于误差四元数的姿态控制，提出一种基于误差四元数进行目标角速度跟踪控制方法及系统，避免了大角度机动时的三轴耦合，减少了喷气次数和燃料消耗。

本发明的技术解决方案是：

一种大角度姿态机动相平面控制方法，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q_BT(i)；

所述误差四元数q_BT(i)具体为：

q_BT(1,i)＝-q_GI1·q(4,i)-q_GI2·q(3,i)+q_GI3·q(2,i)+q_GI4·q(1,i)；

q_BT(2,i)＝q_GI1·q(3,i)-q_GI2·q(4,i)-q_GI3·q(1,i)+q_GI4·q(2,i)；

q_BT(3,i)＝-q_GI1·q(2,i)+q_GI2·q(1,i)-q_GI3·q(4,i)+q_GI4·q(3,i)；

q_BT(4,i)＝q_GI1·q(1,i)+q_GI2·q(2,i)+q_GI3·q(3,i)+q_GI4·q(4,i)；