電磁對(duì)接控制方法及裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種電磁對(duì)接控制方法及裝置，采用“常磁矩控制+1次磁矩切換”模式，其中電磁對(duì)接控制方法包括：根據(jù)目標(biāo)電磁裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度，追蹤電磁裝置的初始速度、初始磁矩和目標(biāo)電磁裝置與追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的初始距離，計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能；根據(jù)追蹤電磁裝置設(shè)定的切換速度、初始磁矩和對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能，計(jì)算與切換速度對(duì)應(yīng)的目標(biāo)電磁裝置與追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的切換距離；根據(jù)切換速度、切換距離、追蹤電磁裝置的期望對(duì)接速度以及期望對(duì)接距離，計(jì)算追蹤電磁裝置的切換磁矩；當(dāng)追蹤電磁裝置的速度變成切換速度時(shí)，將追蹤電磁裝置的磁矩變換為切換磁矩，解決了現(xiàn)有方法設(shè)計(jì)復(fù)雜和對(duì)控制設(shè)計(jì)魯棒性要求較高的技術(shù)問(wèn)題。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
電磁對(duì)接控制方法及裝置
本專(zhuān)利技術(shù)涉及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制領(lǐng)域，特別地，涉及一種電磁對(duì)接控制方法及裝置。
技術(shù)介紹
在軌服務(wù)技術(shù)代表了航天科學(xué)發(fā)展的前沿與重點(diǎn)方向，航天器交會(huì)對(duì)接是其關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)；同時(shí)，隨著在軌航天器數(shù)目的增多以及空間任務(wù)復(fù)雜性的增強(qiáng)，常態(tài)化在軌服務(wù)需求逐漸凸現(xiàn)。航天器電磁對(duì)接技術(shù)是通過(guò)星上電磁裝置主動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并利用磁場(chǎng)間相互作用生成的力/力矩控制航天器間相對(duì)位置/姿態(tài)，從而達(dá)成對(duì)接目的。航天器電磁對(duì)接技術(shù)為常態(tài)化在軌服務(wù)提供了一種新型對(duì)接方式，可有效避免傳統(tǒng)推力器方式所固有的推進(jìn)劑消耗、羽流污染及光學(xué)干擾，具有非接觸、連續(xù)、可逆及同步控制能力，應(yīng)用前景廣闊。航天器對(duì)接一般采用兩種模式：硬性對(duì)接、柔性對(duì)接。硬性對(duì)接可為后續(xù)機(jī)械機(jī)構(gòu)鎖緊提供觸發(fā)動(dòng)量，而柔性對(duì)接為更先進(jìn)的模式，其根據(jù)需求調(diào)節(jié)對(duì)接接觸速度，可避免對(duì)接沖擊。航天器電磁對(duì)接所采用的作用力/力矩具有連續(xù)及可逆特性，可加以利用以實(shí)現(xiàn)柔性對(duì)接控制。另外，電磁力/力矩作用本身具有自對(duì)接、線(xiàn)動(dòng)量/角動(dòng)量/機(jī)械能守恒特性，利用這些特性可簡(jiǎn)化對(duì)接控制設(shè)計(jì)以及克服動(dòng)力學(xué)模型誤差影響。目前已有的航天器電磁對(duì)接研究幾乎都采用“特定任務(wù)→動(dòng)力學(xué)建模→控制律設(shè)計(jì)”思路，沒(méi)有充分挖掘電磁對(duì)接本身的潛力；另外，現(xiàn)有方法存在設(shè)計(jì)復(fù)雜、較少利用電磁作用本身特性、對(duì)控制設(shè)計(jì)魯棒性要求較高等問(wèn)題，關(guān)于電磁對(duì)接本質(zhì)特性及利用其進(jìn)行控制的研究目前尚未見(jiàn)到公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種電磁對(duì)接控制方法及裝置，以解決現(xiàn)有方法存在的設(shè)計(jì)復(fù)雜、較少利用電磁作用本身特性并且對(duì)控制設(shè)計(jì)魯棒性要求較高的技術(shù)問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種電磁對(duì)接控制方法，包括如下步驟：根據(jù)目標(biāo)電磁裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度，追蹤電磁裝置的初始速度、初始磁矩和目標(biāo)電磁裝置與追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的初始距離，計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能；根據(jù)追蹤電磁裝置設(shè)定的切換速度、初始磁矩和初始機(jī)械能，計(jì)算與切換速度對(duì)應(yīng)的目標(biāo)電磁裝置與追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的切換距離；根據(jù)切換速度、切換距離、追蹤電磁裝置的期望對(duì)接速度以及期望對(duì)接距離，計(jì)算追蹤電磁裝置的切換磁矩；當(dāng)追蹤電磁裝置的速度變成切換速度時(shí)，將追蹤電磁裝置的磁矩變換為切換磁矩。進(jìn)一步地，計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能包括：計(jì)算追蹤電磁裝置處目標(biāo)電磁裝置產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；根據(jù)追蹤電磁裝置的速度、磁矩和磁感應(yīng)強(qiáng)度，以及追蹤電磁裝置與目標(biāo)電磁裝置的質(zhì)心距離，計(jì)算用以計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的機(jī)械能計(jì)算公式；根據(jù)初始速度、初始磁矩和初始距離，通過(guò)機(jī)械能計(jì)算公式計(jì)算初始機(jī)械能。進(jìn)一步地，確定電磁裝置的切換磁矩包括：根據(jù)切換速度和切換距離，確定用以計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)切換后機(jī)械能的第一公式；根據(jù)追蹤電磁裝置的期望對(duì)接速度以及期望對(duì)接距離，確定用以計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)切換后機(jī)械能的第二公式；基于第一公式和第二公式計(jì)算追蹤電磁裝置的切換磁矩。進(jìn)一步地，該電磁對(duì)接控制方法還包括：對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度、初始磁矩和切換速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，用以?xún)?yōu)化對(duì)接系統(tǒng)的對(duì)接總時(shí)間和電能消耗指標(biāo)；根據(jù)多個(gè)不同的參數(shù)計(jì)算出與參數(shù)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)切換磁矩，并將每組參數(shù)及與其對(duì)應(yīng)的切換磁矩成對(duì)存儲(chǔ)并制成表格，根據(jù)實(shí)際的參數(shù)，運(yùn)用表格查詢(xún)選擇相應(yīng)的切換磁矩，參數(shù)包括初始速度、初始磁矩、初始距離及切換速度中的一個(gè)或者多個(gè)。進(jìn)一步地，在計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能之前還包括：判別對(duì)接情形是否屬于一維情形或二維情形：如果對(duì)接情形是一維情形，判斷追蹤電磁裝置和目標(biāo)電磁裝置的磁極方向是否一致，若是則執(zhí)行下一步驟，若否則判定對(duì)接情形無(wú)法實(shí)現(xiàn)自對(duì)接；如果對(duì)接情形是二維情形，判斷對(duì)接情形是否滿(mǎn)足判定條件，若是則執(zhí)行下一步驟，若否則判定對(duì)接情形無(wú)法實(shí)現(xiàn)自對(duì)接，判定條件如下：式中，μT是目標(biāo)電磁裝置的磁矩，μC是追蹤電磁裝置的磁矩，α是目標(biāo)電磁裝置相對(duì)于目標(biāo)電磁裝置與追蹤電磁裝置質(zhì)心連線(xiàn)的夾角，β是追蹤電磁裝置相對(duì)于目標(biāo)電磁裝置與追蹤電磁裝置質(zhì)心連線(xiàn)的夾角，m是追蹤電磁裝置質(zhì)量，ωz是追蹤電磁裝置和目標(biāo)電磁裝置質(zhì)心連線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，d是追蹤電磁裝置和目標(biāo)電磁裝置質(zhì)心之間的距離，μ0是真空磁導(dǎo)率。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的另一方面，還提供了一種電磁對(duì)接控制裝置，包括：初始機(jī)械能確定模塊，用于根據(jù)目標(biāo)電磁裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度，追蹤電磁裝置的初始速度、初始磁矩和目標(biāo)電磁裝置與追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的初始距離，計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能；切換距離確定模塊，用于根據(jù)追蹤電磁裝置設(shè)定的切換速度、初始磁矩和初始機(jī)械能，計(jì)算與切換速度對(duì)應(yīng)的目標(biāo)電磁裝置與追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的切換距離；切換磁矩確定模塊，用于根據(jù)切換速度、切換距離、追蹤電磁裝置的期望對(duì)接速度以及期望對(duì)接距離，計(jì)算追蹤電磁裝置的切換磁矩；磁矩切換模塊，用于當(dāng)追蹤電磁裝置的速度變成切換速度時(shí)，將追蹤電磁裝置的磁矩變換為切換磁矩。進(jìn)一步地，初始機(jī)械能確定模塊包括：磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算模塊，用于計(jì)算追蹤電磁裝置處目標(biāo)電磁裝置產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；機(jī)械能計(jì)算公式確定模塊，用于根據(jù)追蹤電磁裝置的速度、磁矩和磁感應(yīng)強(qiáng)度，以及追蹤電磁裝置與目標(biāo)電磁裝置的質(zhì)心距離，確定用以計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的機(jī)械能計(jì)算公式；初始機(jī)械能計(jì)算模塊，用于根據(jù)初始速度、初始磁矩和初始距離，通過(guò)機(jī)械能計(jì)算公式計(jì)算初始機(jī)械能。進(jìn)一步地，切換磁矩確定模塊包括：第一公式確定模塊，用于根據(jù)切換速度和切換距離，確定用以計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)切換后機(jī)械能的第一公式；第二公式確定模塊，用于根據(jù)追蹤電磁裝置的期望對(duì)接速度以及期望對(duì)接距離，確定用以計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)切換后機(jī)械能的第二公式；切換磁矩計(jì)算模塊，用于基于第一公式和第二公式計(jì)算追蹤電磁裝置的切換磁矩。進(jìn)一步地，電磁對(duì)接控制裝置還包括調(diào)節(jié)模塊，調(diào)節(jié)模塊用于對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度、初始磁矩和切換速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，用以?xún)?yōu)化對(duì)接系統(tǒng)的對(duì)接總時(shí)間和電能消耗指標(biāo)；裝置包括存儲(chǔ)模塊和查詢(xún)模塊，其中，存儲(chǔ)模塊用于根據(jù)多個(gè)不同的參數(shù)計(jì)算出與參數(shù)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)切換磁矩并將每組參數(shù)及與其對(duì)應(yīng)的切換磁矩成對(duì)存儲(chǔ)并制成表格，查詢(xún)模塊用于根據(jù)實(shí)際的參數(shù)并運(yùn)用表格查詢(xún)選擇相應(yīng)的切換磁矩，參數(shù)包括初始速度、初始磁矩、初始距離及切換速度中的一個(gè)或多個(gè)。進(jìn)一步地，該電磁對(duì)接控制裝置還包括對(duì)接情形判別模塊，用于判別對(duì)接情形是否屬于一維情形或二維情形：如果對(duì)接情形是一維情形，判斷追蹤電磁裝置和目標(biāo)電磁裝置的磁極方向是否一致，若是則執(zhí)行初始機(jī)械能確定模塊，若否則判定對(duì)接情形無(wú)法實(shí)現(xiàn)自對(duì)接；如果對(duì)接情形是二維情形，判斷對(duì)接情形是否滿(mǎn)足判定條件，若是則執(zhí)行初始機(jī)械能確定模塊，若否則判定對(duì)接情形無(wú)法實(shí)現(xiàn)自對(duì)接，判定條件如下：式中，μT是目標(biāo)電磁裝置的磁矩，μC是追蹤電磁裝置的磁矩，α是目標(biāo)電磁裝置相對(duì)于目標(biāo)電磁裝置質(zhì)心與追蹤電磁裝置質(zhì)心之間連線(xiàn)的夾角，β是追蹤電磁裝置相對(duì)于目標(biāo)電磁裝置質(zhì)心與追蹤電磁裝置質(zhì)心之間連線(xiàn)的夾角，m是追蹤電磁裝置質(zhì)量，ωz是追蹤電磁裝置和目標(biāo)電磁裝置質(zhì)心連線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，d是追蹤電磁裝置和目標(biāo)電磁裝置質(zhì)心之間的距離，μ0是真空磁導(dǎo)率。本專(zhuān)利技術(shù)具有以下有益效果：本專(zhuān)利技術(shù)電磁對(duì)接控制方法及裝置，根據(jù)目標(biāo)電磁裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度，追蹤電磁裝置的初始追蹤速度、初始磁矩和目標(biāo)電磁裝置與追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的初始距離，計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能；根據(jù)追蹤電磁裝置設(shè)定的切換速度、初始磁矩和初始機(jī)械能，計(jì)算與本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電磁對(duì)接控制方法，其特征在于，包括如下步驟：根據(jù)目標(biāo)電磁裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度，追蹤電磁裝置的初始速度、初始磁矩和所述目標(biāo)電磁裝置與所述追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的初始距離，計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能；根據(jù)所述追蹤電磁裝置設(shè)定的切換速度、所述初始磁矩和所述初始機(jī)械能，計(jì)算與所述切換速度對(duì)應(yīng)的所述目標(biāo)電磁裝置與所述追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的切換距離；根據(jù)所述切換速度、所述切換距離、所述追蹤電磁裝置的期望對(duì)接速度以及期望對(duì)接距離，計(jì)算所述追蹤電磁裝置的切換磁矩；當(dāng)所述追蹤電磁裝置的速度變成所述切換速度時(shí)，將所述追蹤電磁裝置的磁矩變換為所述切換磁矩。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電磁對(duì)接控制方法，其特征在于，包括如下步驟：根據(jù)目標(biāo)電磁裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度，追蹤電磁裝置的初始速度、初始磁矩和所述目標(biāo)電磁裝置與所述追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的初始距離，計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能；根據(jù)所述追蹤電磁裝置設(shè)定的切換速度、所述初始磁矩和所述初始機(jī)械能，計(jì)算與所述切換速度對(duì)應(yīng)的所述目標(biāo)電磁裝置與所述追蹤電磁裝置質(zhì)心之間的切換距離；根據(jù)所述切換速度、所述切換距離、所述追蹤電磁裝置的期望對(duì)接速度以及期望對(duì)接距離，計(jì)算所述追蹤電磁裝置的切換磁矩；對(duì)所述磁感應(yīng)強(qiáng)度、所述初始磁矩和所述切換速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，用以?xún)?yōu)化所述對(duì)接系統(tǒng)的對(duì)接總時(shí)間和電能消耗指標(biāo)；根據(jù)多個(gè)不同的參數(shù)計(jì)算出與所述參數(shù)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)所述切換磁矩，并將每組所述參數(shù)及與其對(duì)應(yīng)的所述切換磁矩成對(duì)存儲(chǔ)并制成表格，根據(jù)實(shí)際的所述參數(shù)，運(yùn)用所述表格查詢(xún)選擇相應(yīng)的所述切換磁矩，所述參數(shù)包括所述初始速度、所述初始磁矩、所述初始距離及所述切換速度中的一個(gè)或者多個(gè)；當(dāng)所述追蹤電磁裝置的速度變成所述切換速度時(shí)，將所述追蹤電磁裝置的磁矩變換為所述切換磁矩。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁對(duì)接控制方法，其特征在于，計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能包括：計(jì)算所述追蹤電磁裝置處所述目標(biāo)電磁裝置產(chǎn)生的所述磁感應(yīng)強(qiáng)度；根據(jù)所述追蹤電磁裝置的速度、磁矩和所述磁感應(yīng)強(qiáng)度，以及所述追蹤電磁裝置與所述目標(biāo)電磁裝置的質(zhì)心距離，確定用以計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)機(jī)械能的機(jī)械能計(jì)算公式；根據(jù)所述初始速度、所述初始磁矩和所述初始距離，通過(guò)所述機(jī)械能計(jì)算公式計(jì)算所述初始機(jī)械能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁對(duì)接控制方法，其特征在于，計(jì)算所述電磁裝置的切換磁矩包括：根據(jù)所述切換速度和所述切換距離，確定用以計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)切換后機(jī)械能的第一公式；根據(jù)所述追蹤電磁裝置的所述期望對(duì)接速度以及所述期望對(duì)接距離，確定用以計(jì)算所述對(duì)接系統(tǒng)切換后機(jī)械能的第二公式；基于所述第一公式和所述第二公式計(jì)算所述追蹤電磁裝置的切換磁矩。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的電磁對(duì)接控制方法，其特征在于，在計(jì)算對(duì)接系統(tǒng)的初始機(jī)械能之前還包括：判別對(duì)接情形是否屬于一維情形或二維情形：如果所述對(duì)接情形是一維情形，判斷所述追蹤電磁裝置和所述目標(biāo)電磁裝置的磁極方向是否一致，若是則執(zhí)行下一步驟，若否則判定所述對(duì)接情形無(wú)法實(shí)現(xiàn)自對(duì)接；如果所述對(duì)接情形是二維情形，判斷所述對(duì)接情形是否滿(mǎn)足判定條件，若是則執(zhí)行下一步驟，若否則判定所述對(duì)接情形無(wú)法實(shí)現(xiàn)自對(duì)接，所述判定條件如下：式中，μT是所述目標(biāo)電磁裝置的磁矩，μC是所述追蹤電磁裝置的磁矩，α是所述目標(biāo)電磁裝置相對(duì)于所述目標(biāo)電磁裝置與所述追蹤電磁裝置質(zhì)心連線(xiàn)的夾角，β是所述追蹤電磁裝置相對(duì)于所述目標(biāo)電磁裝置與所述追蹤電磁裝置質(zhì)心連線(xiàn)的夾角，m是所述追蹤電磁裝置質(zhì)量，ωz是所述追蹤電磁裝置和所述目標(biāo)電磁裝置質(zhì)心連線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，d是所述追蹤電磁裝置和所述目標(biāo)電磁裝置質(zhì)心之間的距離，μ0是真空磁導(dǎo)率。5.一種電磁對(duì)接控制裝置，其特征在于，所述電磁對(duì)接控制裝置包括：初始機(jī)械能確定模塊，用于根據(jù)目標(biāo)電磁裝置的磁感應(yīng)強(qiáng)度，追蹤電磁裝置的初始速度、初始磁矩和所述目標(biāo)電磁...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊樂(lè)平，張?jiān)?/a>，朱彥偉，黃渙，戚大偉，徐良，蔡偉偉，敖厚軍，肖英，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南;43