[发明专利]一种基于迭代学习控制的小天体探测器绕飞段轨道跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于迭代学习控制的小天体探测器绕飞段轨道跟踪控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1、建立受到外部扰动和未建模扰动下的小天体动力学方程：

其中，

r＝[x,y,z]^T表示探测器在小天体中心固连坐标下的位置矢量；

v＝[v_x,v_y,v_z]^T表示探测器在小天体中心固连坐标下的速度矢量；

ω＝[0,0,ω]^T表示小天体自转角速度矢量；

g＝[g_x,g_y,g_z]^T表示小天体引力加速度矢量；

a＝[a₁,a₂,a₃]^T表示探测器控制器的输出，同时作为推进器的控制输入，是由x,y,z三轴上的控制力加速度a₁，a₂，a₃组成的控制向量；

d＝[d_x,d_y,d_z]^T∈R³为小天体探测器受到的外部扰动，其主要包括周期扰动d_Z＝[d_Zx,d_Zy,d_Zz]^T∈R³和非周期扰动d_F＝[d_Fx,d_Fy,d_Fz]^T∈R³；

步骤2、根据未知扰动下的小天体探测器环绕动力学模型，设计非线性扰动观测器对小天体探测器受到的外部环境扰动进行估计，观测其动态特性并补偿到控制器：

其中，

为外部扰动估计值组成的向量；

Q_M为非线性扰动观测器的中间辅助向量；

Q₁∈R^3×3为正定参数矩阵；

步骤3、对反馈控制器进行设计，使得闭环系统在受到非周期扰动之后仍能保持系统稳定；

其中，

a_F＝[a_F1,a_F2,a_F3]^T为反馈控制器的输出，由x,y,z三轴上的反馈控制加速度a_F1，a_F2，a_F3组成；

为系数矩阵；

A₄＝(-β₃/β₂)I₃为反馈增益矩阵，β₁，β₂，β₃＞0，其中I₃为单位矩阵；

r_d为期望位置矢量，为期望位置矢量的二阶导数；

e_r＝[e_rx,e_ry,e_rz]^T＝r-r_d为位置误差矢量；

e_v＝[e_vx,e_vy,e_vz]^T＝v-v_d为速度误差矢量，v_d为期望速度矢量；

步骤4、设计迭代学习控制器，抑制小天体探测器受到的周期性扰动造成的影响：

其中，

t为当前时刻，T为小天体探测器运行周期；

a_ILC(t)为t时刻的迭代控制加速度矢量，a_ILC(t-T)为前一周期的迭代控制加速度矢量；

L＝[l_rI₃,l_vI₃]·diag{L_r,L_v}为迭代控制增益，常数矩阵L_r,L_v∈R^3×3，l_r、l_v依赖于位置跟踪误差和速度跟踪误差：

tanh(x)＝(e^x-e^-x)/(e^x+e^-x)为双曲正切函数，l_r1、l_r2、l_v1、l_v2均为大于零的常数；

e＝[e_r,e_v]^T为跟踪误差矢量，e(t-T)为前一周期跟踪误差矢量；

步骤5、控制器输出相加得到合成加速度矢量：

a＝a_F+a_ILC；

其中，

a_ILC为迭代控制加速度矢量；

t时刻的合成加速度矢量a(t)作为由反馈控制器和迭代学习控制器组成的控制器的输出与扰动观测器的输出相结合输入到伪速率调制器，产生调谐振荡脉冲，可控硅接收到触发信号而导通，诱导推力器发生主放电，在翻滚轴、航向轴、俯仰轴上产生推力。