[发明专利]一种基于推力器误差补偿的行星动力下降段鲁棒控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对推力器执行机构误差具有补偿的行星动力下降鲁棒控制方法，主要应用于行星着陆器动力下降段抗干扰精确着陆控制。

背景技术

二十世纪中叶以来，火星探测尤其是着陆探测活动越来越频繁。随着工程经验的不断积累与科学理论的不断创新，探测器在火星表面的着陆精度越来越高。然而，由于遥远的距离与大量不确定性的存在，火星探测过程中依然会遇到许多困难，具有任务复杂、结构多样及环境未知等特性。

火星着陆器的着陆过程包括大气进入段、伞降段与动力下降段。在短短的“黑色七分钟”里，着陆器要从六千米每秒的速度软着陆到火星表面；因此，这个过程决定了火星着陆任务的成功与否，动力下降段作为这个过程的关键部分直接决定了火星着陆器的着陆精度。为了确保火星着陆器安全精确的着陆在火星表面，有效的控制方法在动力下降过程中起着关键的作用。传统的PD控制方法被广泛研究，这些控制方法设计时没有考虑火星推力器存在执行机构误差的情况。然而，着陆器从地球到火星表面要经历遥远的路程与漫长的时间，着陆器在这个过程中不可避免地会受到恶劣环境的影响，其执行器会随着外部的干扰与自身燃料的消耗而产生执行机构误差，因此这些控制方法已不能满足火星着陆器高精度着陆的需求。针对上述问题，国内外学者提出了很多有效的方法并取得了一定的成果，例如H_∞等方法可以将这种误差进行有效的抑制。然而，现阶段国内外学者提出的控制方法保守性较大，造成其对燃料的消耗过高，因此这些控制方法已不能满足未来火星着陆任务的需求。

发明内容

一种基于推力器误差补偿的行星动力下降段鲁棒控制方法，针对行星着陆器在动力下降段推力器存在执行机构误差的控制系统状态空间模型，设计一种对其误差具有补偿的鲁棒控制方法；首先，建立含有推力器执行机构误差的行星着陆器动力下降段控制系统状态空间模型；然后，建立含有推力器执行机构误差的状态估计系统并设计滑模干扰观测器；最后，基于滑模干扰观测器利用输出反馈设计对推力器执行机构误差具有补偿的鲁棒控制方法；本方法具有抗干扰性强、对推力器执行机构误差具备补偿等优点，适用于航天器动力下降段精确制导控制系统。

本发明的技术解决问题是：针对行星着陆器在动力下降过程中推力器存在的执行机构误差，提供一种对推力器误差具有补偿的鲁棒控制方法，解决了行星着陆器在动力下降过程中推力器出现执行机构误差导致着陆精度降低的问题。

本发明的技术解决方案为：一种基于推力器误差补偿的行星动力下降段鲁棒控制方法，其实现步骤如下：

第一步，建立含有推力器执行机构误差的行星着陆器动力下降段控制系统状态空间模型

设定行星着陆器的位置和速度变量建立在笛卡尔坐标系中，原点o位于行星表面的目标着陆点，x轴与y轴互相垂直，xoy平面平行于行星表面，z轴由目标着陆点o指向与行星质心相反的方向；设定这个坐标系是惯性的，则含有推力器执行机构误差的行星着陆器动力下降段控制系统状态空间模型Σ为：

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