[发明专利]一种位移模式差分黄金分割自适应无拖曳控制方法

说明书

本发明一种位移模式差分黄金分割自适应无拖曳控制方法，具体步骤为：步骤一、基于特征模型理论，对无拖曳回路进行二阶特征建模；步骤二、使用梯度法辨识特征模型参数；步骤三、基于估计特征参量，构造差分黄金分割自适应控制律设计，完成整个无拖曳控制方法。本发明能够处理含大不确定性及开环不稳定特性的无拖曳卫星位移模式，通过提出一种差分黄金分割自适应控制策略，解决了传统二阶自适应控制器难以实现位移模式高相对阶不稳定特性闭环镇定的难题。该方法能够保证闭环稳态特性的同时，有效适应推力器参数的大不确定性，使得位移模式的控制性能得到有效改善。

技术领域

本发明属于航天器控制技术领域，涉及一种位移模式差分黄金分割自适应无拖曳控制方法。

背景技术

无拖曳控制是当前和未来若干空间任务中的一项关键技术。广义上的无拖曳卫星分为位移模式与加速度模式，前者的工作原理为采用推进器抵消卫星平台受到的非保守合力，通过相对位移反馈控制使得在卫星中间悬浮放置的质量块与卫星平台同步运动，而后者将质量块换成直接测量外界扰动的加速度计，并使用加速度测量值进行反馈控制。位移反馈模式下的质量块具有更低的噪声水平，常用于空间基础物理实验，如引力波探测、等效原理检验、短线程效应和坐标系拖曳效应的测量等。

无拖曳卫星控制器设计一直是无拖曳卫星研究的重点。目前，国际上主流的无拖曳控制方法有PID控制、EMC和鲁棒控制，其中，相当一部分研究没有考虑执行器和传感器动力学，缺乏工程实际应用价值。实际上，受制于地面测试条件的限制，无拖曳控制回路中的执行机构模型均包含很大的不确定性，该不确定性对控制的影响极大；而对于位移模式无拖曳控制回路，由于质量块与腔体之间静电负刚度的存在，使得对象本身为开环不稳定系统，这对控制器的设计提出了进一步挑战。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对含大不确定性及开环不稳定特性的无拖曳卫星位移模式，提出了一种差分黄金分割自适应控制策略，解决了传统二阶自适应控制器难以实现位移模式高相对阶不稳定特性闭环镇定的难题。该方法能够保证闭环稳态特性的同时，有效适应推力器参数的大不确定性，使得位移模式的控制性能得到有效改善。

本发明的技术方案是：一种位移模式差分黄金分割自适应无拖曳控制方法，包括如下步骤：

步骤一、基于特征模型理论，对无拖曳回路进行二阶特征建模；

步骤二、使用梯度法辨识特征模型参数；

步骤三、基于估计特征参量，构造差分黄金分割自适应控制律设计，完成整个无拖曳控制方法。

所述步骤一的具体过程为：

在相对位移无拖曳控制情形，狭义控制对象与敏感器模型合为一体，描述为：

式中，x₁＝x，x为TQ-1卫星电极室形心到检验质量质心的位移矢量在卫星本体坐标系x方向的分量；为对应的加速度矢量在卫星本体坐标系x方向的分量；Ω²为广义负刚度加速度的绝对值；a_D为广义外扰力加速度，由非保守力加速度与姿态耦合产生的干扰加速度构成；u_F为作用于合成模型的控制力；M_SC为卫星质量；

将上述高相对阶开环不稳定系统通过离散化方法等效为如下二阶特征模型形式：

y(k+1)＝f_1,ky(k)+f_2,ky(k-1)+g_0,ku(k)

其中，y(k)为第k拍时刻系统的惯性传感器采样输出，u(k)为控制输入，f_1,k,f_2,k,g_0,k为慢时变的特征参量。