[发明专利]不依赖神经网络近似的航天器保性能姿态控制方法

说明书

本发明提供了一种不依赖神经网络近似的航天器保性能姿态控制方法，包括：步骤1，将航天器数学模型中的参数不确定性、未建模动态和外部扰动作为总扰动，根据总扰动建立航天器姿态误差控制系统的动力学数学模型和运动学数学模型；步骤2，在航天器姿态误差控制系统的动力学数学模型和运动学数学模型中引入预设性能函数对航天器的姿态回路跟踪误差的稳态和瞬态性能进行约束；步骤3，根据航天器姿态误差控制系统的动力学数学模型和运动学数学模型设计线性扩张高增益观测器，获取航天器姿态误差控制系统状态和总扰动估计值。本发明在不依赖神经网络估计的情况下，实现对航天器姿态的跟踪控制，满足了姿态跟踪的稳定性和精度要求，具有良好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及航天器姿态控制技术领域，特别涉及一种不依赖神经网络近似的航天器保性能姿态控制方法。

背景技术

自1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造卫星以来，人类的活动范围逐步扩展，开启了对未知太空的探索旅程。各国之间相互竞争，促进着航天技术的迅猛发展，而相关研究成果也加快了社会前进的步伐，极大地方便了人们的生活。我国的航天事业虽起步较晚，但是仍旧在较为艰难的条件下取得了很大的成就，从而实现了技术从无到有、从有到优的跨越。1970年4月24日，成功发射的东方红一号卫星，开创了中国航天史的新纪元。近年来，“神州”嫦娥”、“天宫”和“北斗”等卫星的研制彰显了中国航天科技的巨大进步，展示了中国卫星发射技术的新成就，表明了我国的航天技术已达到世界前列水平。

作为航天技术的产物以及科学探索的载体，航天器逐步承担了各类不同的军事和民用任务，比如空间探索、气象观察及预测、导航定位等等。而航天器的姿态控制，是研究航天器的重要内容，它的成功与否，对航天器的在轨运行的稳定程度和航天任务的执行有着直接影响。而空间任务的发展以及多样性的提高，对航天器姿态控制的可靠性与自主性提出了更高的要求，传统的姿态控制技术已经无法满足任务需求，因此需要设计新的航天器姿态控制方法，来适应新型的航天任务。航天器的姿态控制，是指航天器姿态控制的执行机构根据控制律的要求输出控制力矩，调整航天器的姿态直至实现期望姿态的过程。按照航天器在轨任务的需求，航天器姿态控制有两种类型：姿态镇定和姿态跟踪控制。航天器姿态镇定，是指通过航天器姿态机动使航天器的本体系与惯性参考系重合。航天器的姿态跟踪，是指通过航天器姿态机动，使得航天器的本体系与另一个真实(虚拟)的航天器本体系重合，比如进行航天器编队姿态协同控制的最终目标是使从航天器的本体系与主航天器本体系重合。航天器姿态控制的稳定性和精度是航天器在轨任务成败的关键。随着现代的航天事业发展，要求航天器在保证控制性能的同时，航天器的姿态能在指定时间内收敛至平衡点，以满足航天任务执行的时间要求；在实际控制过程中，航天器自身存在着系统不确定性、外部干扰和量测噪声问题；由于物理条件的限制，任何执行机构都无法提供无穷大的控制力矩，执行机构的幅值上限也会对航天器姿态控制产生影响；此外，当执行机构长时间工作时，执行机构不能一直产生理想的控制力矩，即执行机构会出现部分失效的问题，这也是航天器姿态控制的难点。

综上所述，急需一种航天器姿态控制方法，使得在参数不确定性、外部干扰、执行机构饱和及部分失效等不利因素存在的情况下，在指定时间内实现航天器的姿态控制，以满足航天器姿态控制的稳定性和精度的要求。

发明内容

本发明提供了一种不依赖神经网络近似的航天器保性能姿态控制方法，其目的是为了解决航天器自身存在的系统不确定性、外部干扰和量测噪声，执行机构不能一直产生理想的控制力矩对航天器姿态控制产生影响的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种不依赖神经网络近似的航天器保性能姿态控制方法，包括：

步骤1，将航天器数学模型中的参数不确定性、未建模动态和外部扰动作为总扰动，根据总扰动建立航天器姿态误差控制系统的动力学数学模型和运动学数学模型；

步骤2，在航天器姿态误差控制系统的动力学数学模型和运动学数学模型中引入预设性能函数对航天器的姿态回路跟踪误差的稳态和瞬态性能进行约束；