[发明专利]一种空间绳系组合体系统的自适应有限时间控制方法

说明书

本发明涉及一种空间绳系组合体系统的自适应有限时间控制方法，属于绳系航天器姿态接管控制领域。针对绳系组合体系统存在内部不确定性和外部干扰等因素，设计新型积分终端滑模面，保证系统状态在滑模面上的有限时间收敛和强鲁棒性；随后基于滑模面设计自适应律；最终结合自适应技术的优点，设计基于积分终端滑模的自适应有限时间控制器，解决各种不确定性和传统滑模控制所固有抖振问题的影响，实现绳系组合体的高精度有限时间姿态稳定控制。

技术领域

本发明涉及一种非合作目标抓捕后绳系组合体系统的有限时间控制方法，属于绳系航天器姿态接管控制领域。

背景技术

近些年，各航天大国针对空间合作目标的捕获开展了大量研究，并取得一系列丰硕的成果，但是针对失稳非合作目标捕获的控制理论和技术仍不完善。

空间绳系捕获器是通过挠性系绳将平台与目标航天器相连接而组成的新型空间组合体，具有安全性高、灵活性强等突出优势，是实现失稳非合作目标捕获的有效工具。空间绳系航天器抓捕失稳目标后会与目标形成空间绳系组合体，处于高速旋转失稳状态，对其姿态进行稳定控制是开展后续轨道垃圾清理和拖曳移除等精细操作的前提和重要保障。

目前，已经有部分专家学者针对空间绳系组合体的姿态控制方法进行了研究。例如，王秉亨等(申请号为CN202110000112.7的中国专利)研究了一种利用偏置系绳摆杆来实现组合体系统的稳定控制问题，并设计了一类有效的分层滑模控制律；鲁迎波等(申请号为CN201710567822.1的中国专利)结合滑模控制和动态面技术，提出了一种自适应神经网络动态面控制方法以保证绳系组合体的姿态稳定。但是，上述方案仅能保证系统的姿态实现渐近稳定，没有考虑姿态稳定控制过程中的快速性要求。由于绳系组合体对姿态接管控制实时性要求很高,因此亟需研究具有更强抗扰性、更快收敛速度和更高控制精度的有限时间控制方案；除此之外，组合体系统的强耦合非线性特性、以及系统未建模动态和太空环境扰动因素的存在也对控制方案设计带来极大挑战；因此，设计一种具有快速响应、高精度的空间绳系组合体系统自适应有限时间姿态控制方法是十分必要的，已成为空间绳系航天器领域的研究重点。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种空间绳系航天器目标抓捕后组合体系统的快速姿态接管控制方法。

技术方案

一种空间绳系组合体系统的自适应有限时间控制方法，其特征在于：

步骤1：首先对姿态跟踪误差建立积分终端滑模面s：

上式中s＝[s₁,s₂,s₃]^T∈R³,c₁和c₂为所设计的正数，0＜μ₂＜1且定义连续向量其中sign(·)为符号函数；e＝[e₁,e₂,e₃]^T为跟踪误差；

步骤2：根据积分终端滑模面s设计自适应律：

上式中χ_ji＞0和n_1i,n_2i均为所设计的正数，j＝1,2,3,4；i＝1,2,3；自适应变量和分别被用来估计ψ_i和ψ_i和分别表示空间绳系组合体系统总不确定性上界参数a_i和b_i的平方，即ψ_i＝a_i²和为空间绳系组合体系统的广义状态；