[发明专利]两级固定推力空间交会控制方法

摘要

本发明公开了一种两级固定推力空间交会控制方法，用于解决现有的常值推力实现交会控制方法在交会过程中发动机频繁开关机的技术问题。技术方案是对两级固定推力发动机交会控制问题通过引入发动机最小开关机时间Tmin约束，采用滚动预测原理设计二次优化函数指标下最优交会推力。由于考虑了发动机最小开关机工作时间约束，避免了发动机频繁开关机问题并降低了发动机设计难度；该优化设计方法对设计模型误差、测量误差和交会推力误差的鲁棒性好。

主权项

1.一种两级固定推力空间交会控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：在相对坐标系下建立航天器交会运动的离散化模型：X(k+1)＝F(X(k))+G(U(k))+Δ(k)    (1)状态向量X和控制向量U为X＝[X₁ X₂ X₃ X₄ X₅ X₆]^T，U＝[u_x u_y u_z]^T其中，X₁＝x、X₂＝y、X₃＝z、而x、y和z为追踪航天器相对于目标航天器的相对位置；和为追踪航天器相对于目标航天器的相对速度；u_x、u_y和u_z分别为追踪航天器在坐标系三个轴的加速度控制量，控制量幅值离散域为A_U＝{-u_high，-u_low，0，u_low，u_high}，其中u_high＞0为发动机的最大推力对应的最大加速度控制量，u_low＞0为发动机的小推力对应的小加速度控制量，且u_high＞u_low＞0；Δ(k)表示由干扰力或者其他误差引起的扰动加速度；发动机最小工作时间间隔为T_min；不考虑干扰Δ(k)作用，初始时刻t₀，设对离散系统即为k时刻；根据式(1)，k时刻交会状态X(k)并考虑控制量的不变性按照式(2)递推计算k+N时刻交会状态估计值：X^(k+1)=F(X(k))+G(U(k))]]>X^(k+2)=F(X^(k+1))+G(U(k))]]>(2)...X^(k+N)=F(X^(k+N-1))+G(U(k))]]>选取离散化采样时间T_s是发动机最小工作时间间隔T_min的1/N，N为一正整数；步骤二：根据式(2)结果，计算式(3)的二次优化指标J(k)=α1Σi=13X^i2(k+N)+α2Σi=46X^i2(k+N)+β[ux2(k)+uy2(k)+uz2(k)]---(3)]]>式中α₁＞0、α₂＞0、β＞0；步骤三：根据式(3)必然存在最优控制和满足下式J(k)ux=ux*,uy=uy*,uz=uz*≤J(k)|ux|∈AU,|uy|∈AU,|uz|∈AU---(4)]]>即和为k时刻到k+N的最优控制量；步骤四：将最优控制量和作为实际系统控制量，计算追踪航天器发动机相应的推力，并按照计算推力控制发动机工作；步骤五：在(T_min+t₀)时刻重复上述最优控制量计算过程，得到(T_min+t₀)时刻到(2T_min+t₀)时刻的发动机最优推力值；这样每隔T_min时间计算一次发动机最优推力，直至航天器运动到达停泊点。