[发明专利]一种基于干扰观测器的地月系统混合帆周期轨道保持方法有效

专利信息
申请号: 201810846881.7 申请日: 2018-07-27
公开(公告)号: CN109188901B 公开(公告)日: 2022-02-08
发明(设计)人: 袁建平;高琛;袁静;张军华;李琪;王伟 申请(专利权)人: 西北工业大学
主分类号: G05B13/04 分类号: G05B13/04
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 徐文权
地址: 710072 陕西*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 干扰 观测器 系统 混合 周期 轨道 保持 方法
【权利要求书】:

1.一种基于干扰观测器的地月系统混合帆周期轨道保持方法,其特征在于,包括步骤:

1)在地月系统会合坐标系下,建立地月系统混合帆轨道相对运动动力学方程;

2)基于地月系统圆型限制性三体模型,针对月球轨道偏心率及太阳引力扰动建立干扰力模型;

3)确定线性周期状态反馈率,设计周期最优的轨道保持器;

4)设计非线性干扰观测器,使非线性干扰观测器的误差指数收敛到有限半径的闭球内;

步骤4)将地月系统混合帆轨道相对运动动力学方程表示为:

上式中,r=[x y z],a=[ax ay az]T,d=de+ds,且:

非线性干扰观测器设计为如下形式:

上式中,为非线性干扰观测器的输出,ε为非线性干扰观测器内部向量,为待设计的非线性函数向量;

令Q(v)=Jv,其中J为元素都为正数的对角阵,非线性干扰观测器估计误差为:

若干扰变化率满足下式:其中

则非线性干扰观测器的误差指数收敛到一个有限半径的闭球内,其半径βd满足:

5)根据混合帆质量的变化规律,采用粒子群优化算法对电推进加速度进行优化。

2.根据权利要求1所述基于干扰观测器的地月系统混合帆周期轨道保持方法,其特征在于,步骤1)建立地月系统混合帆轨道相对运动动力学方程的具体过程如下:

式中,a=[ax ay az]T,a为混合帆的无量纲加速度;U为等效势函数,且:

式中,μ为地月系统质量参数;

令rref=[xref yref zref]T表示混合帆参考轨迹,δr=[δx δy δz]T表示受控轨迹rc与参考轨迹rref之间的相对位置矢量,且rc=rref+δr;太阳帆的无量纲非线性相对运动动力学方程为:

式中:

且δa=ac-aref=[δax δay δaz]T为受控轨迹无量纲加速度ac和参考轨迹无量纲加速度aref的差值;通过对所述太阳帆的无量纲非线性相对运动动力学方程进行线性化,得到太阳帆的无量纲线性轨道相对运动动力学方程如下:

式中,且:

B=[03×3 I3×3]T

由于矩阵系数A(t)为周期参考轨迹rref的函数,故太阳帆的无量纲线性轨道相对运动动力学方程为周期线性常微分方程,根据该方程设计轨道保持周期最优控制器,并将所得到的控制率应用于太阳帆的无量纲非线性相对运动动力学方程。

3.根据权利要求1所述基于干扰观测器的地月系统混合帆周期轨道保持方法,其特征在于,步骤2)中月球轨道偏心率扰动引起的无量纲干扰加速度近似为:

上式中,μ为地月系统质量参数;rc为月球圆轨道圆心与地月平动点间的距离;re为月球椭圆轨道近地点与地月平动点间的距离;

太阳引力引起的无量纲干扰加速度表示为:

上式中,μs为太阳的无量纲质量;rse为太阳到地球的无量纲位置矢量;rsm为太阳到月球的无量纲位置矢量;rs为太阳到混合帆的无量纲位置矢量。

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