[发明专利]一种基于指令力矩矢量调节的控制力矩陀螺奇异规避方法

摘要

一种基于指令力矩矢量调节的控制力矩陀螺奇异规避方法，首先采集控制力矩陀螺群框架角向量，进而计算控制力矩陀螺运动方程的雅克比矩阵、奇异度量值、指令力矩矢量调节系数，然后根据姿态控制器给出的控制力矩指令得到控制力矩指令调节矢量、零运动奇异规避强度系数，最后根据控制力矩指令调节矢量、零运动奇异规避强度系数得到控制力矩陀螺框架角速度指令向量来控制力矩陀螺框架角速度。本发明克服了在框架“锁死”时力矩指令与其特定方向重合而无法脱离的情况，解决了在现有技术在奇异规避过程中所存在的框架角“锁死”问题，实现了对控制力矩陀螺奇异的有效规避。

主权项

一种基于指令力矩矢量调节的控制力矩陀螺奇异规避方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采集控制力矩陀螺群框架角向量δ，然后根据控制力矩陀螺运动方程计算框架角运动的雅克比矩阵J；(2)计算奇异度量值Sv为Sv＝det(J·J^T)进而得到指令力矩矢量调节系数υ为$\mathrm{\&upsi;}=\left\{\begin{array}{cc}0& ifSv\&gt;D_{s3}\\ -k_{tmp\mathrm{\&upsi;}}\&CenterDot;(Sv-D_{s3})& ifSv\&le;D_{s3}\end{array}\right.$当|υ|>υ_Limt时，υ＝sgn(υ)·υ_Limt，其中，k_tmpυ为调节增益，D_s3为矢量调节阈值，υ_Limt为矢量调节系数限幅值，sgn(υ)为取υ的符号运算；(3)根据姿态控制器给出的控制力矩指令τ_c得到控制力矩指令调节矢量τ_cAd为${\mathrm{\&tau;}}_{cAd}=\left[\begin{array}{ccc}1& -\mathrm{\&upsi;}& \mathrm{\&upsi;}\\ \mathrm{\&upsi;}& 1& -\mathrm{\&upsi;}\\ -\mathrm{\&upsi;}& \mathrm{\&upsi;}& 1\end{array}\right]\&CenterDot;{\mathrm{\&tau;}}_c$(4)根据奇异度量值Sv确定零运动奇异规避强度系数α_s1、鲁棒奇异规避强度系数α_s2，对于零运动奇异规避强度系数α_s1，当Sv<D_s1时，零运动奇异规避强度系数当D_s1≤Sv<D_s2时，零运动奇异规避强度系数当Sv≥D_s2时，零运动奇异规避强度系数α_s1＝0；其中，D_s1为鲁棒奇异规避启动阈值，D_s2为零运动奇异规避启动阈值，C₁为零运动奇异规避强度增益系数，α_s10为偏置量；(5)对于鲁棒奇异规避强度系数α_s2，当Sv<D_s1时，鲁棒奇异规避强度系数${\mathrm{\&alpha;}}_{s2}=C_2\&CenterDot;(\frac{1}{Sv+{10}^{-6}}-\frac{1}{D_{s1}+{10}^{-6}});$当Sv≥D_s1时，鲁棒奇异规避强度系数α_s2＝0，其中，C₂为鲁棒奇异规避强度增益系数；(6)根据控制力矩指令调节矢量τ_cAd、奇异规避强度系数α_s1及α_s2得到控制力矩陀螺框架角速度指令向量为${\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}}_d=-\frac{1}{H_{cmg0}}{J}^T{(J\&CenterDot;J^T+{\mathrm{\&alpha;}}_{s2}{I}_3)}^{-1}{\mathrm{\&tau;}}_{cAd}+{\mathrm{\&alpha;}}_{s1}(I_3-J^T{\left(J\&CenterDot;J^T+{\mathrm{\&alpha;}}_{s2}{I}_3\right)}^{-1}J)\frac{\&part;Sv\left(\mathrm{\&delta;}\right)}{\&part;\mathrm{\&delta;}}.$使用控制力矩陀螺框架角速度指令向量调整控制力矩陀螺群中控制力矩陀螺框架角速度，其中，H_cmg0为控制力矩陀螺角动量，I₃为3阶单位矩阵，为Sv对框架角向量δ的偏导数，‑1为矩阵逆运算符号。