[发明专利]一种空间超大规模带状绳系的释放展开控制方法

权利要求书

1.一种空间超大规模带状绳系的释放展开控制方法，空间超大规模绳系系统包括本体飞行器B，末端飞行器S，以及连接两飞行器的超大规模绳系，其特征在于包括如下步骤：

(1)获取任务参数，包括释放过程最大容许释放拉力T_max，绳系到达地面的预定位置r_ref，空间段的绳系离散数目n₁，预测控制的控制周期T_MPC，绳系全长L；

(2)获取绳系系统参数，包括本体飞行器质量m_B，本体飞行器的转动惯量I_B，绳系释放装置在本体飞行器上的安装矢量r_B,0，末端飞行器的质量m_S，末端飞行器的转动惯量I_S，绳系固定端相对于在末端飞行器质心的位置矢量r_S,n；

(3)基于刚性杆模型完成释放展开最优轨迹求解，获取绳系拉力最优控制序列本体飞行器最优释放轨迹本体飞行器最优释放速度末端飞行器最优释放轨迹末端飞行器最优释放速度

(4)判断当前时刻t_k末端飞行器是否已进入大气层内，k＝0,1,2...，即判断|r_S(t_k)|-R_G≤120km，若进入，那么进入步骤(6)，否则，进入步骤(5)；其中r_S(t_k)为当前时刻t_k的末端飞行器位置矢量，R_G为地球同步轨道的轨道高度；

(5)获取当前时刻t_k本体飞行器位置矢量r_B与速度矢量v_B，末端飞行器位置矢量r_S与速度矢量v_S，设定本控制周期内的控制收敛阈值ε，并采用预测控制方法和并联弹簧-杆件模型解算迭代求解本控制周期T_MPC的末端飞行器的控制力F_B(t_k)，本体飞行器的控制力F_S(t_k)和绳系拉力T_B(t_k)，进入步骤(7)；

(6)获取当前时刻t_k本体飞行器位置矢量r_B与速度矢量v_B，末端飞行器位置矢量r_S与速度矢量v_S，设定本控制周期内的控制收敛阈值ε，估算进入大气层的绳系杆件单元与末端飞行器的风荷载值，并采用预测控制方法和并联弹簧-杆件模型解算迭代求解本控制周期T_MPC的末端飞行器的控制力F_B(t_k)，本体飞行器的控制力F_S(t_k)和绳系拉力T_B(t_k)，进入步骤(7)；

(7)利用基于干扰观测的姿态稳定控制算法，获得末端飞行器的控制力矩M_S和本体飞行器的控制力矩M_B；

(8)对本体飞行器实施控制力F_B(t_k)和控制力矩M_B，实现当前控制周期的本体飞行器的位姿控制；对末端飞行器实施控制力F_S(t_k)和控制力矩M_S，实现当前控制周期的末端飞行器的位姿控制；对本体飞行器的绳系释放装置采用绳系拉力T_B(t_k)，实施当前控制周期的绳系稳定控制；

(9)判断末端飞行器是否已达到预定着陆点，若达到，即r_S＝r_ref，则结束控制，否则返回步骤(4)，直至末端飞行器达到预定着陆点。