[发明专利]一种空间翻滚目标位姿同步跟踪控制方法

权利要求书

1.一种空间翻滚目标位姿同步跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，建立描述追踪航天器与空间翻滚目标相对位置运动的运动学模型；

第二步，建立翻滚目标的姿态运动方程；

第三步，基于第二步建立的翻滚目标姿态运动方程，建立追踪航天器与翻滚目标的相对姿态运动模型；

第四步，根据第一步建立的所述运动学模型和第三步建立的相对姿态运动模型，设计快速滑模控制方法，实现追踪航天器对翻滚目标的位姿同步跟踪控制；

所述第一步中的运动学模型如下：

其中，r是追踪航天器与翻滚目标的相对距离，下标r、θ、ω分别代表控制加速度在e_r、e_θ和e_ω方向上的分量，e_r为视线方向的单位矢量，e_ω为视线角速度的方向，定义e_θ＝e_ω×e_r，e_θ垂直于视线，e_r和e_θ组成视线瞬时旋转平面；ω_s表示视线转率，Ω_s表示视线旋转平面的旋转角速度，a_cr、a_cθ和a_cω分别表示追踪航天器在三个方向上的加速度分量；

所述第二步中，建立翻滚目标的姿态运动方程如下：

其中，φ、θ和分别表示翻滚目标的偏航角、俯仰角和滚动角，ω₀表示翻滚目标的初始姿态角速度，ρ＝I_z/I_y，λ＝I_z/I_x，I_x、I_y和I_z表示翻滚目标的惯量主轴；

所述第三步中，建立追踪航天器与翻滚目标的相对姿态运动模型如下：

其中，q_tb表示追踪航天器本体坐标下与期望坐标之间的误差四元数，ω_tb表示追踪航天器本体坐标下与期望坐标之间的误差角速度，J表示追踪航天器的转动惯量，M表示追踪航天器的控制力矩，ω表示追踪航天器的角速度，q_tb和ω_tb由下式求得：

其中，q表示追踪航天器的姿态四元数，表示追踪航天器的期望姿态四元数，表示追踪航天器的期望姿态角速度；

所述第四步中，设计快速滑模控制方法如下：

(1)设计如下滑模控制律，使追踪航天器与翻滚目标保持视向距离不变

其中，r_d为期望的绕飞半径，k₁、k₂和k₃均为正数，s为非奇异快速滑模面且r₁1，定义为：

其中，参数ε₀表示正常数，1/2r₂1。此外，且有

(2)设计如下控制器控制追踪航天器的同步绕飞速率

其中，r_d为r_d的模值，φ_d为翻滚目标体坐标系相对于惯性系期望的偏航角，k₄为正数；

(3)设计滑模控制器控制追踪航天器的姿态，使航天器的姿态始终指向目标点

其中，k₅和k₆均为正数。