[发明专利]一种基于凸包确定推力器列表的控制分配方法

摘要

一种基于凸包确定推力器列表的控制分配方法，属于飞行器控制领域，本发明是为了解决现有最优查表法中离线制定推力器组合表复杂，确定的推力器列表的分配控制小，无法同时适用于开关控制模式的推力器模型等问题。本发明所述的控制分配方法的主要实现过程为根据推力器安装构型，基于凸包确定最优推力器组合表；由期望控制力矩，结合离线确定出的预装定数据，利用法向量判定方法，确定最优推力器组合；针对推力器工作模式的不同，采用不同的分配方案，当推力器为连续控制量输出模式时，利用伪逆法进行求解，而当推力器为离散开关控制模式时，通过确定所有可能的开关组合，选择出分配误差最小的分配方案。

主权项

一种基于凸包确定推力器列表的控制分配方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：步骤一、根据推力器安装构型，基于凸包确定最优推力器组合表；步骤二、由期望控制力矩Tc，结合离线确定的预装定数据，利用法向量判定方法，确定最优推力器组合；其中，预装定数据是指需要预先计算出来并存储在星载计算机中的数据；主要包括：(1)最优推力器组合表；(2)各推力器组合围成多锥形体的锥面法向量；(3)各象限中包含的推力器组合；(4)给出Tc属于各最优推力器组合围成区域的内部时所应满足的条件；步骤三、根据推力器是否能够输出连续大小的推力，将推力器工作模式分为连续控制量输出模式以及离散开关控制模式，若为连续控制量输出模式，则转至步骤四，否则转至步骤五；步骤四、推力器为连续控制量输出模式时，根据最优推力器组合所对应的控制效率矩阵Ai，利用伪逆法确定各推力器的分配量，若超出推力输出能力范围，则利用其上下限值进行修正；步骤五、推力器为全开和全关控制模式时，确定推力器组合中推力器的数目为n,给出2n中可能的推力器开关状态组合，并计算2n种不同开关状态组合下，推力器所能产生的力矩Ti，选择出分配误差最小所对应的开关状态；步骤一中基于凸包确定最优推力器组合表的具体步骤为：步骤a、由推力器的安装构型，确定各推力器产生的力矩矢量集合为M；步骤b、将力矩坐标矢量沿着与坐标轴平行的平面进行投影，确定各投影面上的交点坐标；(1)判断n个矢量的坐标矢量是否存在坐标为0的情况，当存在坐标为零的情况时，对所有的坐标进行旋转变换直至不出现坐标为0的情况；(2)按照X轴，Y轴以及Z轴的分量是否大于零将坐标分为6组，分别为Cx0,Cx1,Cy0,Cy1,Cz0,Cz1；(3)将Cx0,Cx1,Cy0,Cy1,Cz0,Cz1中的矢量分别沿平面X＝‑1,X＝1,Y＝‑1,Y＝1,Z＝‑1,Z＝1六个平面进行投影，在各个平面形成的交点坐标集合为Bx0,Bx1,By0,By1,Bz0,Bz1.步骤c、利用二维平面凸包确定的增量方法，确定二维平面上的最小凸包；具体步骤如下：(1)对于点集中的m个交点坐标b1,b2…bm，计算m个点与x轴正方向的夹角；(2)按照夹角从小到大依次排序，分别为bi1,bi2…bim；(3)判断各顶点的凹凸性，当各个顶点都为凸顶点时，则转至步骤7，否则转至步骤4；(4)将各个凹顶点依次存储至集合G中，以第一个凹顶点为基点，由与其相邻的两个顶点构成的三角形作为初始最小凸包，并将该三个顶点从顶点集合中移除；(5)判断顶点集合中是否还存在顶点，若存在，则转至步骤6，否则转至步骤7；(6)按照步骤2中排好的顺序，依次增加顶点，同时将其从顶点集合中移除，确定加入新的顶点后所形成的凸包，并判断其是否满足最小凸包条件：所有的顶点都构成凸包的顶点，若满足最小凸包条件，则转至步骤5，否则转至步骤7；(7)存储最小凸包，若顶点集合不存在顶点时，转至步骤8，否则以当前顶点为基点，由与其相邻的两个顶点构成的三角形作为初始最小凸包，并将该三个顶点从顶点集合中移除，转至步骤5；(8)判断最后一个最小凸包与第一个最小凸包能否进行整合成新的凸包，若能则将这两个凸包进行合并成新的最小凸包；(9)输出各个最小凸包；步骤d、根据步骤c输出的各个最小凸包，确定构成凸包顶点的力矩矢量，与力矩矢量相对应的推力器构成最优推力器列表中的一个组合，从而制定出推力器组合列表。