[发明专利]一种消除静差的位移模式无拖曳控制方法

权利要求书

1.一种消除静差的位移模式无拖曳控制方法，其特征在于对于单自由度执行如下步骤：

(1)、建立检验质量受扰力模型未限定情形下一般形式的位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程；

所述一般形式的位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程为：

式中，x为卫星惯性传感器电极室形心到检验质量质心的位移矢量在单自由度方向的分量，为x分量对应的加速度矢量在单自由度方向的分量，a_ns(x,t)为检验质量受扰力模型f_ns(x,t)未限定情形下对应的加速度表达式，u为广义加速度控制量；a_d为作用于卫星上的大气阻力与太阳光压力合力沿无拖曳控制自由度方向的分量；

在检验质量受扰力同时为位移及时间的线性函数：

f_ns(x,t)＝k_xx+k_tt+b

情形下，动力学方程中检验质量受扰力加速度写成：

式中，

称为负刚度系数，负刚度力加速度表达式中，

称为负刚度力零位；

为时变线性系数；

所述，检验质量受扰力为位移及时间线性函数情形下的无拖曳控制动力学方程如下：

式中，

其中，k_x为检验质量受扰力随位移线性变化的线性系数，k_t为检验质量受扰力随时间线性变化的线性系数，b为检验质量受扰力中的常值项；为负刚度系数，a_D为广义外扰加速度，x_fns0为检验质量的负刚度力零位，a_t为检验质量受扰力加速度随时间线性变化的线性系数，t为时间；

所述检验质量受扰力模型f_ns(x,t)未限定情形下对应的加速度a_ns(x,t)的表达式为：

式中，M_TM为位移模式无拖曳卫星惯性传感器中检验质量的质量；

(2)、假设检验质量受扰力模型为同时为位移及时间的线性函数，将检验质量受扰力加速度表达式代入步骤(1)的动力学方程中，得到检验质量受扰力同时为位移及时间线性函数情形下的无拖曳控制动力学方程；

(3)、由检验质量受扰力为位移及时间线性函数情形下的无拖曳控制动力学方程得到控制对象的传递函数P(s)，设计位移模式无拖曳PID+双积分控制器，建立位移模式无拖曳控制系统；

从广义加速度控制量u到输出位移x的传递函数：

所述PID+双积分控制器传递函数G_c(s)为：

式中，k_p为比例系数，k_d为微分系数，T_d为一阶惯性时间常数，k_i为单积分系数，k_ii为双积分系数；

(4)、将位移模式无拖曳PID+双积分控制器注入航天器，基于该控制器对航天器进行串联校正单位负反馈无拖曳控制，消除步骤(2)所得动力学方程动响应的稳态静差。

2.根据权利要求1所述的一种消除静差的位移模式无拖曳控制方法，其特征在于采用如下方法将位移模式无拖曳PID+双积分控制器注入航天器：

(4.1a)、将位移模式无拖曳PID+双积分控制器G_c(s)分解成如下形式：

G_c(s)＝G_pid(s)G_sf1(s)

其中，G_pid(s)为由控制器G_c(s)前三项组成的PID控制器，G_sf1(s)为结构滤波器：

(4.2a)、对PID控制器G_pid(s)进行离散化处理，得到PID控制器的离散化系数；

(4.3a)、对结构滤波器G_pid(s)进行离散化处理，得到结构滤波器的离散化系数；

(4.4a)、将PID控制器和结构滤波器的离散化系数分别通过遥控在轨修改装订参数注入至航天器。

3.根据权利要求1所述的一种消除静差的位移模式无拖曳控制方法，其特征在于采用如下方法将位移模式无拖曳PID+双积分控制器注入航天器：

(4.1b)、将位移模式无拖曳PID+双积分控制器G_c(s)分解成如下形式：

G_c(s)＝G_c2(s)G_sf2(s)

其中，G_c2(s)为两个零点和一个极点的二阶控制器：

G_sf2(s)为一阶结构滤波器，且一阶结构滤波器G_sf2(s)为

(4.2b)、对二阶控制器G_c2(s)进行离散化处理，得到二阶控制器的离散化系数；

(4.3b)、对一阶结构滤波器G_sf2(s)进行离散化处理，得到一阶结构滤波器的离散化系数；

(4.4b)、将二阶控制器和一阶结构滤波器的离散化系数分别通过遥控在轨修改装订参数注入至航天器。