[发明专利]卫星姿态自适应控制方法、装置以及控制器和介质

说明书

本发明涉及一种卫星姿态自适应控制方法、装置以及控制器和介质，所述方法包括获取当前时刻的卫星姿态控制器参数、卫星所受力矩和卫星实际姿态；基于预设的虚拟参考模型以及所述当前时刻的卫星姿态控制器参数、卫星所受力矩和卫星实际姿态确定预设的目标函数值；基于所述目标函数值和预设的目标函数阈值更新所述卫星姿态控制器参数。本发明既不依赖卫星姿态的精确数学模型，也不需要反复测试实验，根据具体的控制要求在复杂的环境下得到合适的动态卫星姿态控制器参数，提高了卫星姿态控制的鲁棒性、稳定性、控制精度以及快速响应能力，进而提高了卫星的通信质量。

技术领域

本发明涉及航天器控制技术领域，尤其涉及一种卫星姿态自适应控制方法、装置以及控制器和介质。

背景技术

卫星姿态控制往往对卫星的通信质量起着至关重要的作用，既要保证每颗卫星对地定向的稳定，也需要每颗卫星间的相对姿态保持在一定范围内。现有技术中，常采用比例积分微分控制（proportion-integral-derivative control，简称PID）进行卫星姿态控制，具体需要根据卫星姿态的精确数学模型或反复的测试实验来确定PID控制器参数，PID控制器参数包括比例参数和微分参数。

但是，现有的卫星姿态控制技术至少具有以下缺点：

（1）卫星中的挠性结构、组合结构以及在轨服务时天线的转动等常常使卫星姿态模型参数在较大范围内变化，而传统的PID控制器参数多为定值常数，这使得该类控制器无法适应卫星姿态模型参数的变化，降低了卫星姿态控制的鲁棒性，进而影响了卫星通信质量。

（2）卫星在轨服务时，通常会受到各种环境力矩的干扰，且对卫星姿态控制有要求，例如低轨通信卫星的姿态精度要控制在0.1°以内。由于卫星姿态的强非线性、时变以及强耦合性等特性，难以获得精确的数学模型，影响了PID控制器参数的整定（指调整确定控制器参数），这会使得卫星姿态的稳定性差、控制精度低，从而影响通信质量。

（3）传统PID控制器参数的整定通常建立在大量的测试实验数据上。测试实验过程会影响卫星在轨的正常工作，而且通常需要卫星将大量试实验数据传回至地面站进行计算，再将计算得到的或人工调整的PID控制器参数结果回传至卫星，从而使得卫星姿态控制系统快速响应能力较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种卫星姿态自适应控制方法、装置以及控制器和介质，本发明既不依赖卫星姿态的精确数学模型，也不需要反复测试实验，根据具体的控制要求在复杂的环境下得到合适的动态卫星姿态控制器参数，提高了卫星姿态控制的鲁棒性、稳定性、控制精度以及快速响应能力，进而提高了卫星的通信质量。

为了解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种卫星姿态自适应控制方法，包括:

获取当前时刻的卫星姿态控制器参数、卫星所受力矩和卫星实际姿态；

基于预设的虚拟参考模型以及所述当前时刻的卫星姿态控制器参数、卫星所受力矩和卫星实际姿态确定预设的目标函数值；

基于所述目标函数值和预设的目标函数阈值更新所述卫星姿态控制器参数。

进一步的，还包括：

构建所述虚拟参考模型M(s)，所述虚拟参考模型用于表征卫星实际姿态与卫星期望姿态的目标对应关系，所述虚拟参考模型的传递函数为：

其中，、和均为模型参数，表示延时参数，m和n均为正整数，，是自然常数，s是复变量。

进一步的，所述卫星姿态控制器为PID控制器，所述基于预设的虚拟参考模型以及所述当前时刻的卫星姿态控制器参数、卫星所受力矩和卫星实际姿态确定预设的目标函数值，包括：