[发明专利]面向输入饱和的迹向欠驱动航天器编队重构控制方法

说明书

本发明提供一种面向输入饱和的迹向欠驱动航天器编队重构控制方法，该方法针对存在输入饱和作用的圆轨道迹向欠驱动航天器编队构型重构控制问题，建立了其动力学模型。基于该动力学模型，分析了缺失迹向控制情况下的系统能控性以及编队重构可行性。以此模型为受控对象，构建了辅助系统以解决输入饱和问题，同时采用反步控制方法构建了迹向欠驱动情况下的闭环控制律。该方法能够完成存在输入饱和的圆轨道迹向欠驱动航天器编队构型重构控制，且闭环系统一致最终有界稳定，对外部摄动及模型误差具有良好的鲁棒性和动态性能。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体的涉及一种面向输入饱和的迹向欠驱动航天器编队重构控制方法。

背景技术

航天器编队是未来空间任务应用的一项关键技术，航天器编队通过将传统单个航天器的不同功能部件地分布给航天器编队中的其他各小型航天器，从而使得航天器编队之间能实现相互协调统一完成任务。因而，与单个航天器相比，航天器编队具有更高的任务灵活性与可靠性，同时降低了成本与风险。航天器编队的任务灵活性体现在其可通过轨道机动的方式变换成不同的队列构型，实现编队重构，以适应不同空间任务的需要。因而，编队重构是航天器编队中的关键。现有的航天器编队重构控制方法多基于全驱动动力学系统假设(系统的控制输入维数为受控系统的自由度相等)，即假设航天器编队中的主航天器与从航天器的径向、迹向、法向相对轨道运动的控制通道上均存在独立的控制器。若航天器某一方向的控制器发生故障，航天器编队相对轨道动力学系统变为欠驱动系统，则已有的全驱动控制方法则不再适用，导致航天器的重构任务失败。此外，采用更少数量的推力器有助于进一步降低航天器的质量与成本。

因而，有必要构建面向欠驱动航天器的编队重构控制方法以解决上述问题。

虽然目前已有研究工作提出欠驱动航天器编队重构控制方法，但现有这些控制方法均未考虑控制器输入饱和的问题。然而，现实中的控制器实际上均存在输入饱和问题，即控制器可提供的控制加速度存在上限。若在控制器构建过程中不考虑该实际的物理问题，则有可能导致控制系统的不稳定，从而无法完成航天器重构的任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向输入饱和的迹向欠驱动航天器编队重构控制方法，该发明解决了现有迹向欠驱动航天器编队重构控制方法中，均未考虑的输入饱和问题。

本发明提供一种面向输入饱和的迹向欠驱动航天器编队重构控制方法，包括以下步骤：

步骤S100：给定待重构的名义构型：根据待重构的名义构型，计算对应的名义相对运动状态X2d，其中，X2d的下标2代表缺失迹向控制加速度的欠驱动情况；

步骤S200：误差量计算：对当前构型计算实际相对运动状态X2，由此计算当前构型与名义相对运动状态之间的误差量e2，e2按公式(1)计算：

步骤S300：控制律构建：采用反步控制方法构建迹向欠驱动航天器编队重构控制律，计算实际控制量U2；