[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

说明书

本发明公开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，建立受到外部扰动和未建模扰动下的小天体动力学模型；设计非线性扰动观测器估计探测器受到的外部扰动，并将其动态特性补偿到控制器；设计反馈控制器抑制绕飞过程中的非周期扰动；设计迭代学习控制器抑制绕飞过程中的周期扰动；控制器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。本发明公开的控制方法使小天体探测器在未知扰动下，提高绕飞段轨道跟踪控制精度和系统鲁棒性。

技术领域

本发明采用了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，属于深空探测技术领域。

背景技术

在当今推动航天技术创新发展，建设航天强国的发展背景下，对小天体进行探测，不但可以探索太阳系起源演化、生命起源演化、天体起源演化，而且对开展近地危险小行星防御研究，降低撞击地球风险具有重要意义。对小天体绕飞段进行探测不但可以为着陆等进一步探测提供先验信息，并且能最为有效地完整、准确了解小天体地貌、引力环境等信息。

在小天体探测器的绕飞段，探测器需要对小天体重复绕飞上百圈、上千圈，使探测器在完成着陆、绕飞等一系列运动需要同时面对太阳引力等周期性和非周期性的复杂外部环境扰动，而小天体由于小天体体积、质量小，表面引力不规则，在受到这些扰动时探测器很难按照期望轨道运行，更严重地会发生探测器逃逸，因此对探测器受到的扰动进行抑制对轨道跟踪控制十分必要。近些年，Ahn等提出了一种保证卫星编队飞行轨迹保持的迭代学习控制方案；朱圣英等针对不规则引力场导致的常推力控制发动机开关频繁问题，提出了基于拟周期动态切换的悬停轨道常推力控制方法；Mahmut等基于Lyapunov方法设计了绕飞小天体的轨道和姿态反馈控制；吴保林等提出了基于迭代增益控制的高精度卫星姿态跟踪控制；王悦等研究了小天体引力力矩对探测器姿态的影响，分析了探测器在静止轨道绕飞时的姿态稳定性，并在随后的研究中提出了一类基于非正则哈密顿结构的探测器姿轨一体化控制方法；李元春等提出了一种不规则小行星探测器轨道姿态分析与鲁棒自适应反步滑模的控制方法。以上方法均为针对小天体探测器姿态或探测器飞行过程中非周期扰动的控制，但实际上周期扰动存在的时间更长，对探测器产生的影响更大，并且通常探测器携带的控制器精度和灵敏度有限，按周期对扰动进行控制可以有效减轻控制器的工作量同时又能保证控制精度。

因此，本文针对探测器绕飞小天体的运动控制中的以上问题，设计扰动观测器对探测器受到的扰动进行估计并结合到控制器，避免了依靠附加的传感器来估计小天体探测器受到的未知不确定扰动，设计反馈控制器对探测器受到非周期扰动产生的误差进行抑制，同时设计迭代学习控制器抑制周期扰动造成的误差，充分考虑扰动对探测器带来的影响，提高探测器绕飞段轨道跟踪控制的准确性。

发明内容

本发明提供了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，解决了现有技术中小天体探测器绕飞段各种外部未知扰动导致的探测器轨道跟踪控制鲁棒性较差的问题。

为解决上述技术问题，采用如下技术方案，主要包括以下步骤：

(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；