[发明专利]一种航天器姿态机动与稳态控制的平稳切换方法

说明书

本发明提供了一种航天器姿态机动与稳态控制的平稳切换方法，包括：(1)将航天器姿态机动过程划分为姿态快速调节阶段、过渡控制阶段和稳态控制阶段；(2)获取姿态快速调节阶段的控制参数和稳态控制阶段的控制参数；(3)将姿态快速调节阶段的终止时间和所述稳态控制阶段的起始时间分别作为过渡控制阶段的起始时间和终止时间，并预置在所述起始时间和终止时间内过渡控制阶段的比例系数极值和微分系数极值；(4)获取过渡控制阶段每一个时间点的比例系数，并且获取过渡控制阶段每一个时间点的微分系数；(5)根据过渡控制阶段每一个时间点的比例系数以及过渡控制阶段每一个时间点的微分系数，确定过渡控制阶段每一个时间点的期望控制力矩。

技术领域

本发明属于航天器姿态机动与控制领域，涉及一种航天器姿态机动与稳态控制的平稳切换方法。

背景技术

对于姿态快速机动卫星往往具有实现姿态指向快速调节和高精度高稳定控制的能力。针对不同能力要求，系统一般需有针对性的设计不同系统带宽的控制参数。广泛采用的技术手段为：其一、设计大带宽控制参数实现姿态快速调节目标；其二、根据高精度高稳定度控制需求，综合系统执行机构、敏感器等性能优化设计稳态控制参数实现控制目标。

然而由于实现上述两种目标的控制参数很难采用一套统一参数来实现，因此在姿态快速调节阶段与稳态控制阶段切换时会由于进行不同参数之间的切换导致系统性能受到影响，具体包括参数切换的不平稳性导致姿态角及角速度波动，机动结束阶段提前切换为低带宽的稳态控制参数后，导致姿态收敛过慢而无法达到姿态机动指标要求等问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种航天器姿态机动与稳态控制的平稳切换方法，通过以特定形式连续变化的参数实现机动控制参数与稳态控制参数之间平稳地过渡，解决了姿态机动与稳态控制阶段切换时会由于不同参数之间的切换导致系统性能受到影响的问题。

本发明的技术方案为：提供一种航天器姿态机动与稳态控制的平稳切换方法，包括：

(1)将航天器姿态机动过程划分为姿态快速调节阶段、过渡控制阶段和稳态控制阶段，其中，每个阶段均采用比例-微分-积分控制方式；

(2)获取姿态快速调节阶段的控制参数和稳态控制阶段的控制参数，所述控制参数包括比例系数和微分系数；

(3)将所述姿态快速调节阶段的终止时间和所述稳态控制阶段的起始时间分别作为所述过渡控制阶段的起始时间和终止时间，并预置在所述过渡控制阶段的起始时间和终止时间内过渡控制阶段的比例系数极值和微分系数极值；

(4)根据所述姿态快速调节阶段的比例系数、稳态控制阶段的比例参数、过渡控制阶段的比例系数极值、以及所述过渡控制阶段的起始时间和终止时间获取过渡控制阶段每一个时间点的比例系数，并且根据所述姿态快速调节阶段的微分系数、稳态控制阶段的微分系数、过渡控制阶段的微分系数极值以及所述过渡控制阶段的起始时间和终止时间获取过渡控制阶段每一个时间点的微分系数；

(5)根据过渡控制阶段的比例系数以及过渡控制阶段的微分系数，确定过渡控制阶段每一个时间点的期望控制力矩。

进一步地，获取过渡控制阶段每一个时间点的比例系数的方法为：