二体星型空间绳系编队系统自旋展开与回收最优控制方法

摘要

本发明提出了一种二体星型空间绳系编队系统自旋展开与回收最优控制方法，首先确定约束条件，包括控制量约束、状态约束、终端约束和动力学约束，其次根据任务要求选取性能指标，然后通过hp‑自适应为伪谱法获得最优控制量M和最优理想状态，最后设计状态测量误差控制器和执行机构误差控制器分别对理想状态和最优控制与实际状态和实际控制的误差进行控制。本发明利用从自旋运动出发建立的自旋动力学模型，能够在一定的性能指标和约束条件下，控制二体星型空间绳系编队系统顺利地实现自旋展开与回收任务，并为一般的多体星型空间绳系编队系统的自旋展开与回收控制提供了一定的理论参考。

主权项

一种二体星型空间绳系编队系统自旋展开与回收最优控制方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：根据实际任务要求，确定二体星型空间绳系编队系统自旋展开与回收任务的约束条件，包括控制量约束、状态约束、终端约束和动力学约束；所述动力学约束指满足二体星型空间绳系编队系统的非线性自旋动力学模型：$\stackrel{·}{\omega }=\frac{2{\mathrm{mr}}_0{\mathrm{sinx}}_2[r_0{x}_1^2{\mathrm{cosx}}_2+L{(x_1+x_3)}^2]+u_1}{I+2{\mathrm{mr}}_0^2{\sin }^2{x}_2}$其中，状态变量控制量u＝[u₁]^T＝[M]^T，为编队中旋臂的旋臂角，L为编队中旋臂的长度，m为编队中子航天器的质量，r₀为编队中主航天器的自旋半径，I为编队中主航天器的转动惯量，M为编队中主航天器的自旋扭矩，ω为编队中主航天器的自旋转速；所述状态约束指状态变量满足其中，ω_min和ω_max分别为编队自旋转速所允许的最小值和最大值，和分别为旋臂角角速度所允许的最小值和最大值；所述终端约束指在编队自旋的初始时刻t₀和最终时刻t_f时，对应的状态变量满足其中ω₀和ω_f分别为编队自旋转速的初始状态和最终状态，和分别为编队旋臂角的初始状态和最终状态，和分别为旋臂角角速度的初始状态和最终状态；所述控制量约束指控制量满足M_min≤M≤M_max，其中M_min和M_max分别为编队中主航天器自旋扭矩的最小幅值和最大幅值；步骤2：根据任务要求，确定二体星型空间绳系编队系统自旋展开与回收任务的性能指标，当任务要求燃料消耗最少时，取性能指标函数当任务要求时间消耗最少时，取性能指标函数J＝t_f；步骤3：在确定约束条件和性能指标的前提下，通过hp‑自适应为伪谱法获得二体星型空间绳系编队系统自旋展开与回收过程的最优控制量M和最优理想状态步骤4：针对状态测量误差和执行机构误差分别设计状态测量误差控制器和执行机构误差控制器；步骤5：通过状态测量误差控制器对理想状态和实际状态的误差进行控制，通过执行机构误差控制器对最优控制和实际控制的误差进行控制。