[发明专利]一种着陆器软着陆姿态控制方法

权利要求书

1.一种着陆器软着陆姿态控制方法，其特征在于步骤如下：

（1）在每个控制周期内测量得到着陆器的姿态角θ和姿态角速度dθ，获得着陆器的姿态角度偏差θe=θ-θr，其中θr为每个控制周期内由制导律计算出的目标姿态角；

（2）确定姿态控制分区角度阈值θm，θm=Kd×dθr/Kp，其中：dθr为标称角速度，dθr=0.5×ω_max，ω_max为角速度测量的最大值，Kd、Kp为角度偏差的PID控制参数，Kd=2×J×ω×ξ，Kp=J×ω²，J为着陆器惯量、ω为控制器频率、ξ为阻尼系数；

（3）判断姿态角度偏差θe与姿态控制分区角度阈值θm的大小，当姿态角度偏差θe的绝对值小于姿态控制分区角度阈值θm，则由姿态角速度dθ、姿态角度偏差θe构成的相点（θe，dθ）位于角度和角速度控制区，I=I+Ki×(θ-θr)×Δt，Y=Kp×(θ-θr)+Kd×dθ+I，其中I为积分项，Δt为控制周期，Ki为角度偏差的PID控制系数，Ki=0.05×Kp，Y为控制力矩；

当姿态角度偏差θe的绝对值大于等于姿态控制分区角度阈值θm，则相点（θe，dθ）位于标称角速度控制区，I=I+Kiv×(dθ-dθr)×Δt，Y=Kpv×(dθ-dθr)+I，其中，Kpv、Kiv分别为角速度偏差的PI控制系数，Kpv=Kd，Kiv=0.25×Kp；

（4）根据步骤（3）得到的控制力矩Y计算每个控制周期的姿态控制推力器喷气脉宽PW，具体的计算方法为：

（a）在每个控制周期内对控制力矩Y进行归一化，W=|Y|/Y_max，其中W为归一化的值，Y_max为姿态控制推力器的输出力矩；

（b）若W>1+H2，则归一化脉宽WC=1，脉宽阈值P_on=5000，其中H2为脉宽调制参数；

若H1<W≤1+H2，则WC=(W-H1)/(1+H2-H1)，P_on=Tm×(H1-H2)/(1+H2-H1)，其中Tm、H1为脉宽调制参数；

若W≤H1，则WC=0，P_on=t_min，其中t_min为姿态控制推力器的最小脉宽；

（c）根据步骤（b）得到的不同条件下的归一化脉宽WC计算当前控制周期的累计脉宽PWI，其中PWI=PWI0–WC×Δt×sgn(Y)，PWI0为上一控制周期的剩余脉宽，PWI0等于上一控制周期的累计脉宽与姿态控制推力器喷气脉宽的差值，sgn()为符号函数，当括号中的参数大于0，输出为1，括号中的参数小于0，输出为-1，括号中的参数等于0，输出为0；

若|PWI|>Δt，则姿态控制推力器喷气脉宽PW=Δt×sgn(PWI)；

若|PWI|<P_on，则姿态控制推力器喷气脉宽PW=0；

若P_on≤|PWI|≤Δt，则姿态控制推力器喷气脉宽PW=PWI；

（5）在每个控制周期，着陆器计算机控制姿态控制推力器按照步骤（4）计算得到的姿态控制推力器喷气脉宽PW进行喷气，实现对着陆器的姿态控制。