[发明专利]一种全电卫星的开关式有限时间全局收敛姿态控制方法

权利要求书

1.一种全电卫星的开关式有限时间全局收敛姿态控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取当前时刻卫星的姿态四元数和角速度；预先设置卫星的期望姿态四元数和期望角速度；

根据所述期望姿态四元数和期望角速度和当前时刻卫星的姿态四元数和角速度进行误差计算，得到姿态跟踪误差四元数和误差角速度；

对所述姿态跟踪误差四元数和误差角速度进行计算，得到两者之间的运动学关系式；

利用所述运动学关系式构建快速终端滑模面，根据所述快速终端滑模面设计连续控制力矩姿态控制器；

将所述连续控制力矩姿态控制器作为PWPF脉冲调制器的输入，得到三个体轴方向开关信号；根据所述三个体轴方向开关信号确定推力器的开关状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述期望姿态四元数和期望角速度和当前时刻卫星的姿态四元数和角速度进行误差计算，得到姿态跟踪误差四元数和误差角速度，包括：

根据所述期望姿态四元数和当前时刻卫星的姿态四元数进行误差计算，得到姿态跟踪误差四元数为

其中，表示当前时刻卫星的姿态四元数，表示期望姿态四元数，T表示转置运算，q_e0表示的标部，表示的矢部；

根据所述期望角速度和当前时刻卫星的角速度进行误差计算，得到误差角速度为w_e＝w-w_d，其中w_d表示期望角速度，w表示当前时刻卫星的角速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述姿态跟踪误差四元数和误差角速度进行计算，得到两者之间的运动学关系式，包括：

对所述姿态跟踪误差四元数和误差角速度进行计算，得到两者之间的运动学关系式为

其中，表示q_e0的时间导数，表示q_e的时间导数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用所述运动学关系式构建快速终端滑模面，包括：

利用所述运动学关系式构建快速终端滑模面为其中，Δ＝diag[Δ₁,Δ₂,Δ₃],Δ_i1，T_f为时间参数，t表示控制时间。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述快速终端滑模面设计连续控制力矩姿态控制器，包括：

Δ＝diag[Δ₁,Δ₂,Δ₃],Δ_i1

其中，J为卫星的转动惯量；w为卫星角速度；q_e为偏差姿态四元数矢部；q_e0为偏差姿态四元数标部；ω_d为期望角速度；T_f为时间参数；I为单位阵；为q_e的反对称阵；L_d为干扰力矩,L_c表示控制力矩,表示期望角速度的时间导数,sgn()表示符号函数,φ_i表示控制参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述PWPF脉冲调制器为

其中，u为输入信号；为触发器输出的反馈；δ为驱动触发器的信号；K_m和T_m为两个标量参数。