[发明专利]一种小天体着陆定推力轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.小天体着陆定推力轨迹跟踪控制方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1：基于多项式加速度预设满足终端位置和速度约束的着陆标称轨迹；

步骤2：根据探测器当前时刻的实际轨迹与着陆标称轨迹之差计算当前时刻需要的速度增量；

步骤3：根据发动机推力大小与步骤2中获得的当前时刻速度增量计算各方向推力发动机的开机时长；

步骤4：根据步骤3获得的三个方向的发动机开机时长后，在控制周期内施加相应时长的控制力，获得需要的速度增量，利用获得的速度增量实现单个控制周期内探测器对标称轨迹的跟踪控制；

其中，步骤1实现方法为，

将标称轨迹在不同时刻的加速度设为着陆时间的一次多项式，如式(1)所示；

a＝c₀+c₁t (1)

式中，a为加速度矢量，c₀，c₁为多项式系数，t为着陆时间；将式(1)进行一次积分与两次积分，分别得到标称轨迹的速度与位置随时间的变化关系，如式(2)、(3)所示；

式中，r、v为探测器标称轨迹的位置与速度矢量，r₀、v₀为探测器标称轨迹的初始位置与速度矢量，由任务设计获得，在此视为已知量；

着陆终端时刻为t_f，终端时刻的位置与速度矢量分别为r_f、v_f，代入式(2)、(3)能够解算得到满足终端位置速度约束的多项式系数，如式(4)、(5)所示；

将式(4)、(5)代入式(1)～(3)即获得满足终端位置和速度约束的探测器着陆标称轨迹。

2.如权利要求1所述的小天体着陆定推力轨迹跟踪控制方法，其特征在于：还包括步骤5，根据探测任务需求将着陆过程分为多个控制周期，在每个控制周期内重复步骤1至步骤4，在每个控制周期内利用定推力控制方法，实现对应的单个控制周期内探测器对标称轨迹的跟踪控制，完成多个控制周期跟踪控制后，既能够使得着陆器从绕飞轨道到达目标采样点，且到达目标采样点时的速度满足任务给定的约束要求。

3.如权利要求2所述的小天体着陆定推力轨迹跟踪控制方法，其特征在于：步骤2实现方法为，

探测器t_k时刻的实际位置速度分别为控制的目的是通过在当前时刻施加控制使探测器运动到下一个时刻时具有与标称轨迹相同的位置，所述当前时刻即t_k时刻，所述下一个时刻即t_k+1时刻；t_k+1时刻标称轨迹上的位置为r_k+1、因此探测器在当前时刻需要的速度增量需满足式(7)要求；

式中，Δv_k即为t_k时刻需要的控制速度增量，Δt为控制周期，即t_k时刻与t_k+1时刻的时间间隔，a_A为小天体的自然引力，为已知量；通过式(7)即能够解算得到当前时刻所需的速度增量，如式(8)所示；

由于速度是位置的微分，因此当探测器实现对标称轨迹位置的跟踪之后，探测器速度也能够跟踪上标称轨迹的速度，即实现根据探测器当前时刻的实际轨迹与着陆标称轨迹之差计算当前时刻需要的速度增量。

4.如权利要求3所述的小天体着陆定推力轨迹跟踪控制方法，其特征在于：步骤3实现方法为，

探测器发动机推力为T，由于不同时刻探测器的速度增量Δv_k为变化的，因此需通过调整发动机的开机时长获得不同大小的速度增量，即根据公式(9)通过速度增量计算三轴发动机的开机时长，以获得需要的速度增量；

式中，Δv_x、Δv_y、Δv_z为步骤2中获得的速度增量Δv_k三轴分量，t_xon、t_yon、t_zon为对应的三轴发动机的开机时长。