[发明专利]一种考虑时延特性的航天器敏捷机动控制误差补偿方法

说明书

本发明涉及一种考虑时延特性的航天器敏捷机动控制误差补偿方法，属于航天器姿态控制领域。首先，进行航天器的执行机构输出时延、敏感器测量时延等参数的辨识。其次，设计航天器目标姿态超前力矩补偿方法，弥补控制系统的时延特性引起的航天器姿态波动。在此基础上，通过航天器姿态控制闭环仿真，验证时延特性补偿方法，降低航天器快速机动过程的中的姿态波动，实现航天器快速机动与快速稳定。仿真结果验证了所设计的方法的正确性和先进性。

技术领域

本发明涉及一种考虑时延特性的航天器敏捷机动控制误差补偿方法，属于航天器姿态控制领域。

背景技术

目前，极高分辨率对地观测等航天器任务对航天器姿态敏捷机动与快速稳定性能指标提出了进一步要求。而航天器执行机构、测量敏感器等的时延特性参数直接影响着航天器敏捷机动过程中的姿态控制误差以及敏捷机动后的快速稳定时间，甚至影响这个姿态闭环系统的稳定性。执行机构、测量敏感器等闭环时延特性参数的辨识与补偿能够进一步改善航天器姿态控制性能，提高航天器姿态敏捷机动性能和机动到位后的稳定度。

在现有航天器闭环姿态控制系统中较少考虑闭环系统中的执行机构和敏感器的时延特性，难以进一步提高航天器敏捷机动性能。目前的姿态控制方法中存在以下不足：

1、缺乏闭环系统中执行机构、敏感器时延特性参数影响分析

航天器系统姿态控制器设计的实践中，少有将执行机构、测量敏感器等时延特性参数分离开，进行各项时延特性参数对整个航天器敏捷机动与快速稳定控制过程中姿态控制误差的分析。难以给出各项时延特性对敏捷机动过程中的姿态误差影响机理的准确说明。因此，需要分析在整个闭环系统中执行机构、敏感器等时延特性对航天器闭环控制姿态误差的影响，确定各个时延特性参数的范围，为进一步提高航天器敏捷机动性能提高依据。

2、无法实现对执行机构、敏感器时延特性参数的准确辨识

目前航天器的整个姿态闭环控制系统中缺乏考虑执行机构、敏感器时延特性参数辨识环节。无法通过航天器在轨测量数据辨识航天器的执行机构、敏感器时延特性参数。而时延特性参数的存在往往容易造成航天器姿态波动，难以进一步提高航天器姿态稳定度。

3、无法综合考虑时延特性下的目标轨迹补偿控制

由于航天器的整个姿态闭环控制系统中难以实现对执行机构、敏感器的时延特性参数准确辨识，难以设计针对性强的补偿控制方法。而执行机构的时延特性、敏感器的时延特性参数对整个闭环姿态敏捷机动过程中的影响机理并不完全一致。现有的方法大多采用统一补偿方法，难以实现航天器敏捷机动过程中的姿态控制精度和稳定度的同时提高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了考虑时延特性的航天器敏捷机动控制误差补偿方法，能够实现有效提高航天器敏捷机动过程以及机动到位后的姿态稳定度指标，为未来航天器光学载荷超高稳定度控制、高品质成像提供技术基础。

本发明的技术解决方案是：

一种考虑时延特性的航天器敏捷机动控制误差补偿方法，包括如下步骤：

(1)计算航天器三轴姿态控制误差Δθ和角速度控制误差Δω；计算为

式中：q_br为航天器目标姿态四元数，q为航天器姿态估计四元数，Δq_vb为航天器误差四元数Δq_b的矢量部分；ω_br为航天器目标角速度，ω为航天器姿态估计角速度。

(2)建立航天器三轴PID控制器的输出力矩u的模型为：