[发明专利]双体小行星悬停探测自适应控制方法

权利要求书

1.一种双体小行星悬停探测自适应控制方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、建立双体小行星引力场模型与探测器运动方程；将双体小行星系统建立为球体-椭球体模型，使用椭球体最大半长轴对距离进行归一化，使用球谐函数分别计算两颗小行星的引力势，并在两颗小行星合坐标系中建立探测器在双体小行星附近运动的标量方程；

步骤二、选择L1平衡点作为悬停位置使探测器能够同时对两颗小行星进行近距离观测，忽略双体小行星附近运动的标量方程的高阶项和扰动，通过设置轨道初值，计算探测器在平衡点附近运动的解析解，得到探测器平衡点附近标称悬停轨道；

步骤三、根据步骤一得到的双体小行星附近运动的标量方程，得到探测器在受控状态下的动力学方程；为减少探测器在轨道悬停过程中的燃料消耗，使用线性二次最优控制优化探测器的输出控制力，构建由权重矩阵Q与R表征的燃料消耗性能指标；在悬停轨道的保持过程的不同阶段，在线性二次最优控制的基础上确定权重矩阵动态选取原则；适应悬停轨道的保持过程不同阶段的权重矩阵动态选取策略如下：进行动态选取对于Q矩阵取为单位矩阵，R矩阵根据悬停阶段动态选取：在探测器接近标称轨道阶段，控制矩阵R所占权重较小，在轨道保持阶段，控制矩阵R所占权重较大；

步骤四、对步骤二得到的平衡点附近标称悬停轨道与探测器的状态之间的位置误差进行模糊化处理，建立用于确定航天器控制矩阵R中各元素取值的模糊规则，使用加权平均法对控制矩阵的模糊输出进行反模糊化计算，使R矩阵各元素取值随探测器状态误差动态选取，以满足悬停轨道的保持过程不同阶段的权重矩阵动态选取策略，适应不同阶段悬停轨道的保持过程要求；

步骤五：基于步骤四得到的动态控制矩阵R，根据线性二次最优控制计算最优输出控制力，按照所述输出控制力对探测器施加主动控制使探测器保持在标称悬停轨道上，在不同阶段通过自适应控制减少探测器在复杂环境中长时间悬停的燃料消耗。

2.如权利要求1所述的一种双体小行星悬停探测自适应控制方法，其特征在于：步骤一实现方法为，

将双体小行星系统建立为是球体-椭球体模型，双体小行星系统主星简化成球体，从星简化为椭球体，主星与从星的质量分别为M₁和M₂，双星系统质量比定义为μ＝M₁/(M₁+M₂)，椭球的半长轴分别为a、b、c，其中0≤c≤b≤a，定义双星系统固连坐标系，原心为双星系统质心，x轴方向为主星质心指向从星质心的方向，z轴为最大惯量轴，根据右手定则确定y轴方向；主星与从星之间的相对距离定义为l_L，r_L为航天器相对于系统质心的位置向量，使用椭球体最大半长轴进行归一化得r＝r_L/a＝[x,y,z]，l＝l_L/a，x，y，z为探测器在双体小行星系统质心坐标系下归一化后的坐标；

使用球谐法计算双体小行星的引力场，小行星的引力势函数由球谐函数展开来逼近，如式(1)所示

U＝U₀+U₁+U₂+U₃+U₄+… … (1)

U为球谐法计算得到的小行星各阶引力势之和，U₀、U₁、U₂、U₃、U₄分别为球谐模型下小行星的零阶、一阶、二阶、三阶、四阶引力势，小行星引力势函数模型计算选用的阶数和次数根据所需计算精度和效率而定。