[发明专利]一种着陆器软着陆姿态控制方法

摘要

本发明公开了一种着陆器软着陆姿态控制方法，该方法在目标姿态较大变化时，设计基于标称角速度的PI控制，姿态快速逼近目标的同时，避免角速度测量饱和；同时积分项估计出的干扰力矩，在角度偏差减小时直接赋值给角度偏差PID控制的积分项，控制切换平稳过渡，本发明适应着陆器软着陆期间变干扰力矩的特点，提高了稳态姿控精度；另外，本发明基于上述姿态控制方法，针对软着陆期间制导目标姿态跳变的特点，设计了该姿态超差判定方法，避免常规方法出现的误诊断情况，该方法简单可靠，故障定位准确率高。

主权项

一种着陆器软着陆姿态控制方法，其特征在于步骤如下：（1）在每个控制周期内测量得到着陆器的姿态角θ和姿态角速度dθ，获得着陆器的姿态角度偏差θe=θ‑θr，其中θr为每个控制周期内由制导律计算出的目标姿态角；（2）确定姿态控制分区角度阈值θm，θm=Kd×dθr/Kp，其中：dθr为标称角速度，dθr=0.5×ωmax，ωmax为角速度测量的最大值，Kd、Kp为角度偏差的PID控制参数，Kd=2×J×ω×ξ，Kp=J×ω2，J为着陆器惯量、ω为控制器频率、ξ为阻尼系数；（3）判断姿态角度偏差θe与姿态控制分区角度阈值θm的大小，当姿态角度偏差θe的绝对值小于姿态控制分区角度阈值θm，则由姿态角速度dθ、姿态角度偏差θe构成的相点（θe，dθ）位于角度和角速度控制区，I=I+Ki×(θ‑θr)×Δt，Y=Kp×(θ‑θr)+Kd×dθ+I，其中I为积分项，Δt为控制周期，Ki为角度偏差的PID控制系数，Ki=0.05×Kp，Y为控制力矩；当姿态角度偏差θe的绝对值大于等于姿态控制分区角度阈值θm，则相点（θe，dθ）位于标称角速度控制区，I=I+Kiv×(dθ‑dθr)×Δt，Y=Kpv×(dθ‑dθr)+I，其中，Kpv、Kiv分别为角速度偏差的PI控制系数，Kpv=Kd，Kiv=0.25×Kp；（4）根据步骤（3）得到的控制力矩Y计算每个控制周期的姿态控制推力器喷气脉宽PW，具体的计算方法为：（a）在每个控制周期内对控制力矩Y进行归一化，W=|Y|/Ymax，其中W为归一化的值，Ymax为姿态控制推力器的输出力矩；（b）若W>1+H2，则归一化脉宽WC=1，脉宽阈值Pon=5000，其中H2为脉宽调制参数；若H1Δt，则姿态控制推力器喷气脉宽PW=Δt×sgn(PWI)；若|PWI|

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