[发明专利]火星着陆器喷气推力器和质量矩复合控制系统

摘要

本发明公开了一种火星着陆器喷气推力器和质量矩复合控制系统，该系统包括有姿态控制系统、复合执行机构、着陆器动力学和运动学模型；其中，姿态控制系统包括有姿态控制器和控制分配；其中，复合执行机构包括有RCS和MM。在考虑多种环境干扰因素情况下，建立基于RCS/MM的着陆器复合动力学模型；根据着陆器系统姿态误差产生控制系统所需要的控制力矩；控制分配则将总的控制力矩单独分配到两个执行机构，产生控制指令；RCS/MM系统根据各自的输入指令产生实际的控制力矩，调整着陆器姿态。本发明可有效降低着陆器系统燃料消耗，具有较强的机动性能，能够产生连续的控制力矩，改善着陆器的姿态控制精度和控制余度，为火星的精确着陆提供保障。

主权项

1.一种火星着陆器喷气推力器和质量矩复合控制系统，火星着陆器至少包括有姿态控制器、着陆器系统动力学模型和执行机构；其特征在于：执行机构是指喷气反作用控制系统RCS和变质心MM的复合执行机构（2）；所述变质心MM中包括有第一质量滑块p和第二质量滑块q；第一质量滑块p安装在着陆器的本体体坐标系O_b-X_bY_bZ_b的Y_b轴上，且第一质量滑块p可以沿Y_b轴往复运动；第二质量滑块q安装在着陆器的本体体坐标系O_b-X_bY_bZ_b的Z_b轴上，且第二质量滑块q可以沿Z_b轴往复运动；在基于RSC与MM复合执行机构下构建了着陆器动力学和运动学模型（3）；姿态控制系统（1）中的姿态控制模块（11）根据接收到的姿态误差产生姿态控制所需的期望姿态控制力矩并输出给控制分配模块（12）中的控制力矩分配模块（121）；控制力矩分配模块（121）将所述的期望姿态控制力矩进行分配处理后一方面输出RCS力矩指令给RCS指令分解模块（122），另一方面输出质量滑块力矩指令给质量滑块指令分解模块（123）；RCS指令分解模块（122）对接收到的所述RCS力矩指令进行分解处理，输出RCS启动指令PWM_RCS给执行机构中的RCS系统；质量滑块指令分解模块（123）对接收到的所述质量滑块力矩指令进行分解处理，输出MM的位置指令s_p,s_q给执行机构中的MM系统；s_p表示第一质量滑块p的位置指令，s_q表示第二质量滑块q的位置指令；复合执行机构（2）中的RCS依据PWM_RCS指令产生控制力矩MM依据s_p,s_q指令产生控制力矩复合执行机构（2）的力矩总和为作用于着陆器的复合控制力矩；着陆器动力学和运动学模型（3）是在复合执行机构（2）的力矩总和与环境因素产生的空气干扰力矩共同作用下，改变火星着陆器姿态，进而改变着陆器的着陆轨迹，最终完成着陆器姿态和位置的解算。