航天器双环滑模变结构姿态控制参数优化方法

摘要

本发明涉及一种姿态控制参数优化方法，具体讲是涉及一种航天器双环滑模变结构姿态控制参数优化方法，该方法建立了基于权重系数的多目标遗传算法优化滑模变结构控制器参数模型，模型以控制器参数为变量，控制力矩为约束条件，时间和功耗最优为目标。该方法着重解决的问题是，在满足控制力矩输出约束条件下，得到了一组较优的控制器参数，使得控制系统具有低功耗且收敛速度更快的性能。

主权项

航天器双环滑模变结构姿态控制参数优化方法，其在航天器动力学和运动学方程和双环滑模变结构控制系统建立完成的基础上进行，其特征在于：其步骤如下：S1、参数编码：采用四维二进制编码，对双环滑模控制器的参数K＝[k₁、k₂、ρ₁、ρ₂]进行编码；其中k₁为外环滑模面的增益参数，适当的值能使系统状态在一个比较理想的滑模面上滑动至稳定；k₂为内环滑模函数的增益系数；ρ₁、ρ₂为大于零的比例系数，影响控制器性能；S2、初始化种群；随机产生m个个体，使得个体K在所允许的范围；S3、计算每个个体的适应值；构造适应度函数为：F(K)＝σ₁T(k₁、k₂、ρ₁、ρ₂)+σ₂W(k₁、k₂、ρ₁、ρ₂)  (1)其中，σ₁和σ₂为可变权重系数，σ₁+σ₂＝1；T为航天器达到期望姿态所用的时间，W为航天器姿态控制的功耗；所述航天器达到期望姿态所用的时间T的表达式为：其中，式中a_i为权值，M_max为最大控制力矩，M_p为执行机构控制力矩上限；λ为惩罚系数；t_i为各个状态变量误差x_ei由初始值降到调节过程期间最大值的2％时所需时间；S4、对种群进行选择、交叉、变异操作：设置交叉率为0.8，变异率为0.001，进行交叉、变异、选择操作；S5、判断是否满足终止条件：满足终止条件，输出最优值，否则重复S4。