[发明专利]基于事件触发的航天器网络化系统姿态控制方法

说明书

本发明公开了一种基于事件触发的航天器网络化系统姿态控制方法，属于空间机器人网络化控制系统系统伺服控制领域；首先通过设计跟踪微分器为系统的期望姿态安排合适的过渡过程，避免因初始误差过大造成系统输出严重超调的现象，同时获取期望值得微分信号为后续控制器设计做准备；然后在考虑网络传输信号情况下，利用事件触发机制输出的姿态角测量信号设计事件触发扩张状态观测器，对航天器系统中的状态以及耦合、外部干扰等形成的非线性不确定项进行实时估计，并将非线性不确定项的估计值补偿到误差反馈控制率中；形成复合控制器。最终，避免内外干扰等非线性因素对系统造成不利影响，提高系统的鲁棒性，为空间操作任务的顺利完成提供保障。

技术领域

本发明属于空间机器人网络化控制系统系统伺服控制领域，具体涉及基于事件触发的航天器网络化系统姿态控制方法。

背景技术

随着空间技术的发展，包括卫星、空间机器人等航天器也逐渐承担着越来越多的任务，为了确保完成空间操作任务，对航天器的姿态控制显得尤为重要。很多国内外的学者们提出了各有不同的控制方案。应用比较成熟的设计方法是将航天器模型进行线性化，对于线性化后的模型，利用PID控制原理来设计出相应的控制策略。但航天器在在实际运行的过程中会受到各种各样的扰动，例如由于机体结构复杂和负载连接所引起的抖振与参数摄动、由于空间环境复杂和辐射所造成的太阳光压、引力梯度等。而如何来处理这些由于各种原因产生变化的参数，使得航天器的姿态控制系统具有更强的功能性也就成为了发展的重点，正因为实际的需求如此，极大地促进了鲁棒控制的发展。在航天器姿态控制方面，滑模变结构方法由于其实现简单、高可靠性的特点，适用于不同类型的外界扰动，鲁棒性强，干扰抑制效果较好，但是会出现系统输出抖振等现象，在要求高精度的航天器姿态控制中，这种抖动是不能容忍的；基于干扰观测器的控制策略被提出并广泛应用于扰动非线性系统中，具有较强的抗干扰能力，但该控制策略对系统模型依赖较强，由于复杂的空间环境以及航天器系统自身原因，实际中无法获取精确的航天器姿态控制系统模型。同时随着计算机网络技术的发展，网络和控制结合的技术也日趋成熟。网络化控制系统体现出较高的诊断能力，安装、扩展与维护的便捷性，实现资源共享和远程控制，降低系统重量和体积，增强系统的灵活性和可靠性等优点，并已在智能交通、智能家居、航天器等领域中得到广泛应用。但是采用网络传输信息会引入丢包、延迟等问题，影响系统稳定性。因此，在信号网络化传输条件下，寻求一种不基于精准模型的抗干扰主动控制方法，确保航天器系统完成定向任务显得尤为重要。

自抗扰控制技术是一种源于PID的无模型控制技术，自1998年被韩京清研究员系统提出至今，无论是理论分析方面还是实际应用方面都得到了有理有利的验证。其已被广泛应用于无人机系统、水下机器人系统、火力发电系统、导弹发射系统等等。自抗扰控制技术主要由跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制器三部分组成，其主要核心思想为：利用系统的测量输出信息，对系统状态以及由未建模动态和内外干扰形成的非线性不确定项进行实时估计，并将非线性不确定项的估计值补偿到误差反馈控制器中，从而实现了系统的动态反馈线性化。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对航天器姿态控制受网络传输影响、内外扰动影响及控制饱和约束影响等问题，提出一种基于事件触发扩张状态观测器的航天器网络化控制系统姿态自抗扰控制方法。

为达到上述目的，本发明所述基于事件触发的航天器网络化系统姿态控制方法，包括以下步骤：

步骤1、构建航天器姿态动力学模型；

步骤2、设计跟踪微分器，安排过渡过程，获取给定信号的微分信号；设计事件触发扩张状态观测器，估计系统状态和非线性不确定项；

步骤3、根据事件触发扩张状态观测器的观测值以及跟踪微分器获取的给定信号的微分信号设计复合控制器。

进一步的，步骤1的具体步骤如下：

将航天器的动力学方程写成：