[发明专利]一种深空探测软着陆过程的姿轨耦合控制方法

权利要求书

1.一种深空探测软着陆过程的姿轨耦合控制方法，其特征在于：包括步骤如下：

（1）建立三维XYZ坐标系，将X轴定义为着陆器三个惯量主轴的滚动轴、将Y轴定义为着陆器三个惯量主轴的俯仰轴、将Z轴定义为着陆器三个惯量主轴的偏航轴，变推力摇摆发动机设置于沿X轴方向，变推力摇摆发动机沿着陆器Y、Z轴摆动输出可变推力。

（2）根据着陆器制导系统输出的目标加速度方向和目标加速度变化率以及姿控系统输出的摇摆发动机摆角控制量，进行姿态指令规划生成着陆器的目标姿态和姿态角速度。

（3）在步骤（1）建立的三维坐标系下，将步骤（2）生成的着陆器的目标姿态和姿态角速度与着陆器的导航系统提供的着陆器当前姿态和姿态角速度测量值进行比较，形成用于着陆器三轴姿态控制的滚动通道的姿态和角速度误差、俯仰通道的姿态和角速度误差及偏航通道的姿态和角速度误差。

（4）在步骤（1）建立的三维坐标系下，根据着陆器的导航系统估计的着陆器质量，计算出着陆器的质心位置；再由着陆器制导系统输出的变推力摇摆发动机推力比例计算出变推力摇摆发动机目标推力大小指令，以及目标推力大小指令在俯仰和偏航方向能够产生的最大控制力矩；根据最大控制力矩和着陆器的控制器中存储的俯仰和偏航通道的自然频率和阻尼比这些闭环控制系统参数，实时调整着陆器的俯仰和偏航通道的PID控制参数包括控制器比例项系数、积分项系数和微分项系数。

（5）在步骤（1）建立的三维坐标系下，根据步骤（3）计算的滚动通道姿态和姿态角速度误差用比例-积分-微分PID控制方法生成控制力矩指令，将控制力矩指令经脉宽调制PWM生成指令脉宽，将生成的指令脉宽发送给滚动通道姿控发动机输出，完成对滚动轴的姿态控制。

（6）在步骤（1）建立的三维坐标系下，根据步骤（3）计算的俯仰和偏航通道姿态和姿态角速度误差，由步骤（4）生成的PID控制参数，形成摇摆发动机的摆角控制量，该摆角控制量发送给摇摆发动机，该摆角控制量也反馈给步骤（2）用于校正目标姿态。摇摆发动机根据该摆角控制量调整发动机摆角，同时根据步骤（4）生成的摇摆发动机目标推力大小指令输出发动机推力，形成对俯仰和偏航通道的姿态控制力矩，完成对俯仰和偏航轴的姿态控制。

2.根据权利要求1所述的一种深空探测软着陆过程的姿轨耦合控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中使用着陆器的姿控系统生成的摇摆发动机摆角控制量修正制导系统输出的目标加速度方向，消除了摇摆发动机姿控产生的推力方向改变对制导的影响。

3.根据权利要求1所述的一种深空探测软着陆过程的姿轨耦合控制方法，其特征在于：所述步骤（4）中，根据着陆器制导系统输出的推力比例和着陆器的导航系统给出的质量估计，实时计算摇摆发动机产生的控制力矩，并对俯仰和偏航通道的PID控制参数进行在线动态调整。