[发明专利]一种航天器姿控系统PWPF调制器参数确定方法

权利要求书

1.一种航天器姿控系统PWPF调制器参数确定方法，其特征在于，该方法的具体步骤包括：

步骤一、初始化粒子群，确定待优化参数；

步骤二、利用粒子群对待优化的航天器模型进行姿态控制仿真；获得控制器输出和角位置误差；

步骤三、利用步骤二获得的控制器输出和角位置误差，构建适应度函数；计算每个粒子的个体适应度；

构建适应度函数为：

其中

α为燃料消耗权重系数，β为收敛速度权重系数，保证和处于同一数量级，u(t)为航天器模型姿态控制仿真时控制器的输出，e(t)为航天器模型姿态控制仿真时角位置误差，f_punish是由约束确定的罚函数，当粒子位置不符合约束时，t_f为航天器模型姿态控制仿真终止时间，当粒子位置符合约束时，f_punish取0；

步骤四、利用粒子群优化算法，对粒子群中每个粒子的速度、位置更新，计算更新后的每个粒子的个体适应度、最优位置和最优速度，获取所有粒子该次更新粒子个体适应度，当适应度值小于1.1J0，或更新次数大于A次后，停止更新，获取每一次更新计算的群体最优适应度函数、单个粒子历史最优位置、群体历史最优位置；其中A为大于或等于300的整数；J0为理想初始适应度值；

步骤五、根据每一次计算的群体最优适应度函数、个体历史最优位置、群体历史最优位置获取一组最优PWPF调制器参数值。

2.根据权利要求1所述的一种航天器姿控系统PWPF调制器参数确定方法，其特征在于，步骤一中初始化粒子群，确定待优化参数为：

令一阶惯性环节的增益k_m与时间常数τ_m、继电器特性环节的正向开阈值u_on和关阈值u_off为待优化参数，设置粒子群优化中每个粒子的位置和速度的最大值P_max,V_max，指定种群大小，并随机生成每个粒子的初始位置、速度；对不加执行机构的理想航天器姿控系统进行仿真，计算理想初始适应度值J0。

3.根据权利要求1所述的一种航天器姿控系统PWPF调制器参数确定方法，其特征在于，步骤二中利用粒子群对待优化的航天器模型进行姿态控制仿真采用MATLAB软件实现。

4.根据权利要求2或3所述的一种航天器姿控系统PWPF调制器参数确定方法，其特征在于，步骤四中所述利用粒子群优化算法，对粒子群中每个粒子的速度、位置更新的具体方法为：

粒子群中粒子j的位置更新公式：

x_j(i+1)＝x_j(i)+v_j(i+1) (3)

其中，该次更新粒子j位置x_j(i+1)由上一次更新粒子j的位置x_j(i)和对应速度v_j(i+1)组成；

粒子j的速度更新公式：

v_j(i+1)＝ω(i)v_j(i)+C₁r₁(i)(P_jb(i)-x_j(i))+C₂r₂(i)(P_gb(i)-x_j(i))(4)

其中，常数C₁、C₂分别代表个体最优信息和群体最优信息在速度更新过程中的权重，r₁(i)和r₂(i)为随机数，P_jb(i)为粒子j的历史最优位置，P_gb(i)为粒子群的群体最优位置；v_j(i)为粒子j第i个更新的速度；ω(i)为粒子群第i次更新的惯性权重。

5.根据权利要求4所述的一种航天器姿控系统PWPF调制器参数确定方法，其特征在于，步骤四中所述计算更新后的每个粒子的最优位置和最优速度的方法：对粒子j该次更新的最优位置和最优速度进行计算：

粒子j的该次更新最优位置P_jb(i+1)：

其中，P_jb(i)为粒子j的历史最优位置，X_j(i+1)粒子j第i+1次更新的位置，f(P_jb(i))为位置P_jb(i)对应的适应度；

若群体中粒子的总数为S，群体中所有粒子所经历过的最优位置为：

其中，P_gb(i)为粒子群的群体最优位置；其中，j∈(0、1、……s),P_gb(i)＝{k_gm,τ_g,u_gon,u_goff}，其中，k_gm为最优惯性环节的增益，τ_g为最优时间常数，u_gon为最优继电器特性环节的正向开阈值，u_goff为最优继电器特性环节的正向关阈值。