[发明专利]一种时空可变流场下飞行器的球面轨道编队跟踪控制方法

权利要求书

1.一种时空可变流场下飞行器的球面轨道编队跟踪控制方法，其特征在于：飞行器的动态是球坐标系中表示的非完整动力学方程并且已知流场是随着时间和空间变化的，所述方法包括如下步骤：

a)用弗莱纳公式表示以球坐标系下的飞行器动力学方程；

所述步骤a)包括如下步骤：

a1)合成球坐标系中飞行器运动学方程和流场流速，计算弗莱纳方程中飞行器合成速度对应的横摆角；

a2)由横摆角计算弗莱纳方程中飞行器合成速度对应的主法方向；

a3)由合成速度对应的横摆角和主法方向，计算飞行器合成速度对应的俯仰角和单位速度方向；

a4)计算与合成速度方向和主法方向都垂直的次法方向；

a5)由合成速度对应的主法方向、计算飞行器速度以及流场流速，计算合成速度投影到轨道所在平面中的大小；

a6)由合成速度对应的主法方向、单位速度方向、次法方向以及合成速度投影到轨道所在平面中的大小得到球坐标系下的飞行器弗莱纳方程；

b)计算球面跟踪误差、轨道跟踪误差以及横向编队误差；

c)设计期望的横摆角速度、倾侧角速度以及线加速度，使得误差达到设计要求的同时保障飞行器不运动到南北极的连线；

d)设计横摆角和倾侧角加速度使得实际的横摆和倾侧角速度达到期望值。

2.如权利要求1所述的一种时空可变流场下飞行器的球面轨道编队跟踪控制方法，其特征在于所述步骤b)包括如下步骤：

b1)由飞行器当前位置计算其到球心的距离，进而计算球面跟踪误差；

b2)由飞行器当前位置计算纬度角，进而计算轨道跟踪纬度角误差；

b3)计算轨道所在平面内飞行器合成运动方向与轨道切方向间的轨道角度误差；

b4)由飞行器合成速度对应的俯仰角确定合成速度与轨道所在平面间的轨面角度误差；

b5)由飞行器当前位置计算经度角，再根据通信得到的邻居的经度角计算横向编队误差以及在轨速度。

3.如权利要求1所述的一种时空可变流场下飞行器的球面轨道编队跟踪控制方法，其特征在于所述步骤c)包括如下步骤：

c1)由球面跟踪误差、轨道跟踪纬度角误差以及轨面角度误差设计球面跟踪控制律，使得球面跟踪误差减少到满足的设计要求；

c2)由球面跟踪误差、轨道跟踪纬度角误差、轨道角度误差、轨面角度误差以及编队误差设计轨道跟踪控制律，使得轨道跟踪误差减少到满足的设计要求，同时保障飞行器不运动到南北极的连线；

c3)由轨道角度误差，横向编队误差以及在轨速度设计横向编队控制律，使得编队误差减少到满足的设计要求；

c4)由球面跟踪控制律、轨道跟踪控制律以及横向编队控制律联列，求解出飞行器期望的横摆角速度、倾侧角速度以及线加速度。

4.如权利要求1所述的一种时空可变流场下飞行器的球面轨道编队跟踪控制方法，其特征在于所述步骤d)包括如下步骤：

d1)计算飞行器真实横摆角速度与期望的横摆角速度间的横摆角速度误差，设计横摆角加速度使得横摆角速度误差减少到满足的设计要求；

d2)计算飞行器真实倾侧角速度与期望的倾侧角速度间的倾侧角速度误差，设计倾侧角加速度使得倾侧角速度误差减少到满足的设计要求；

d3)由上位机将飞行器的控制输入发送给下位机中，通过伺服系统来完成运动控制。