[发明专利]一种消除静差的位移模式无拖曳控制方法

说明书

本发明涉及一种消除静差的位移模式无拖曳控制方法，属于卫星无拖曳控制技术领域，包括如下步骤：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；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；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，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；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。

技术领域

本发明涉及一种检验质量受扰力存在随时间线性变化情形下消除检验质量位移响应稳态静差的位移模式无拖曳控制方法，属于卫星无拖曳控制技术领域。

背景技术

无拖曳控制技术是重力场测量卫星、引力波探测卫星及等效原理检验卫星控制技术领域的关键技术。按控制目标的不同，无拖曳控制区分为加速度模式无拖曳控制与位移模式无拖曳控制两类。

位移模式无拖曳控制要求通过推力连续可调的推力器，将星上惯性传感器中的检验质量控制在其电极笼内标称位置附近很小的变化范围之内。检验质量相对于该标称位置的位移对应的加速度是其受到静电偏压等检验质量受扰力与卫星受到大气阻力、太阳光压力及推力器推力共同作用的结果。检验质量的相对位移一般在电极笼内通过机械限位装置被限位于指定的最大正、负位移之间。

在工程实际中，位移模式无拖曳控制器常采用PID控制器。从概念上讲，采用PID控制器进行串联校正的单位负反馈控制系统可以无静差地跟踪恒值信号。但在对某无拖曳试验卫星在轨位移模式无拖曳PID控制试验结果判读中发现，检验质量长时间慢慢趋向均值为某个非零固定值的状态，一直未能收敛到均值为零的目标稳态。从线性系统控制角度，这可以理解为检验质量受扰力存在随时间线性增加成分的结果。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种消除静差的位移模式无拖曳控制方法，解决检验质量受扰力函数存在时间线性扰动成分情况下闭环系统消除稳态静差的问题。

本发明的技术方案是:一种消除静差的位移模式无拖曳控制方法，该方法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；

(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；

(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。

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。

将位移模式无拖曳PID+双积分控制器注入航天器的第一种方式为：

(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)