[发明专利]基于输入成型的组合体变构型指令设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合体变构型指令设计方法，具体涉及一种基于输入成型的组合体变构型指令设计方法。属于大型挠性复杂航天器姿态控制领域，适用于空间站等含有多个舱段的组合体进行变构型时的转位指令设计，也适用于航天器上部件转位时的指令设计。

背景技术

空间站组装过程中有可能要求将实验舱从核心舱的一个对接口转移到另外一个对接口，一种可能的组合体构型变化为从“一”字型变为“L”型。舱段转移时待转移的实验舱一般处于停控状态，组合体姿态采用核心舱的控制力矩陀螺(CMG)或喷气发动机进行控制。

文献1“马艳红，张军，郭廷荣.空间站组装时的姿态指令优化[J].载人航天，2010，1：17-20”公开了一种组合体变构型时的姿态指令优化方法，具体为：在组合体转位过程中，设计核心舱的姿态指令，调节核心舱的姿态角，使环境摄动力矩与转位运动产生的摄动力矩在一定程度上相抵消，降低了控制力矩陀螺(CMG)在组合体转位过程中饱和的次数。

文献2“于哲峰，杨智春.扫描镜运动对三轴稳定卫星姿态影响研究[J].西北工业大学学报，2003，1(21)：87-90”公开了一种航天器上转动部件(扫描镜)的运动形式。扫描镜在“东-西”方向的一次扫描运动可以描述为：加速启动，达到额定扫描速度后，进行匀速扫描，扫描完成后，减速停止。在扫描镜转动过程中，对航天器主体进行三轴稳定控制。

文献3“叶东.柔性卫星大角度快速机动稳定控制算法研究[D].哈尔滨工业大学，2009”公开了一种基于输入成型的航天器大角度机动过程中的挠性振动控制方法。具体是将输入成型技术作为前馈控制，与闭环反馈控制系统相结合，实现柔性卫星大角度机动的稳定控制，并且有效的减小机动过程中的挠性振动。其中卫星的机动指令为阶跃信号。

文献1中通过核心舱的姿态变化使变构型运动具有良好性能的方法不能保持核心舱对地三轴稳定，并且核心舱的转动会激起核心舱上帆板的剧烈振动。另外，文献1是从避免力矩陀螺饱和的角度研究组合体变构型运动的，没有对变构型过程中的挠性振动进行主动控制。

文献2研究的是转位运动对航天器刚性主体三轴姿态的影响，并没有进一步探讨转位运动对航天器上的挠性附件的影响，更没有给出对转位运动中引起的挠性振动的主动抑制方法。

文献3中给出了一种应用于航天器大角度姿态机动中的挠性振动主动抑制方法，而没有研究该方法在组合体变构型中的应用。在航天器大角度机动中，航天器构型不变化，主体姿态发生大角度变化；在航天器组合体变构型中，航天器的构型发生变化，而主体保持三轴稳定。

发明内容

为了克服现有的方法对航天器组合体构型变化过程中的挠性振动抑制差的不足，本发明提供一种基于输入成型的组合体变构型指令设计方法，该方法根据变构型组合体的闭环系统模型，设计输入成型器，对舱段转位指令进行调制，使组合体按照调制后的指令进行变构型时，挠性振动得到有效抑制，可以提高大型复杂航天器完成在轨组装等任务的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于输入成型的组合体变构型指令设计方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、设计加速阶段输入成型器，建立初始构型时组合体闭环系统线性化状态方程，当组合体处于变构型前的构型时，线性化的闭环系统状态方程为：