【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及航天器臨近機動控制，具體為基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法。
技術介紹
1、航航天器臨近機動通常被定義為在軌運行航天器飛行接近另一個在軌物體的操作，臨近機動是實施在軌服務的前提，監視、捕獲、加注、設施維護、碎片清除等操作，都需要先通過主動受控的臨近機動構建合適的相對運動狀態，航天器臨近機動控制是在軌操作的關鍵核心技術，在理論研究和工程設計中均引起了關注和重視，根據目標航天器對追蹤航天器的配合程度，一般將目標分為合作目標和非合作目標兩類，空間合作目標的機動跟蹤控制從理論方法到地面半實物仿真驗證、再到在軌應用，均取得顯著進展，并逐漸趨于成熟。但是相比于合作目標，非合作目標各類信息不易獲取，針對合作目標的跟蹤方法和技術難以直接應用到非合作目標的跟蹤任務中，目前，針對非合作目標的臨近機動跟蹤控制仍然面臨尚未解決的問題和挑戰，一方面，兩個參與的主體之間沒有通信聯系，非合作目標不會向追蹤航天器發送位姿信息，導致追蹤航天器缺少跟蹤所需的相對運動狀態，另一方面，非合作目標本體因功能異?？赡墚a生未知的位姿機動加速度，空間中還存在未知的擾動力和力矩，這些因素均導致跟蹤精度的降低，目前，針對非合作目標的臨近機動跟蹤控制仍然面臨尚未解決的問題和挑戰，因此，亟待一種改進的技術來解決現有技術中所存在的這一問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為實現上述目的，本專利技
3、非合作目標臨近機動跟蹤控制采用對偶四元數建立相對運動學模型和含未知綜合擾動的相對動力學模型；
4、借助超螺旋算法設計有限時間擴張狀態觀測器來高精度地估計未知綜合擾動；
5、基于擴張狀態觀測器估計的擾動設計類pd相對位姿跟蹤控制律，實現抗干擾臨近跟蹤控制。
6、優選的，所述相對運動學模型根據歐拉旋轉定理可知，在三維空間中，對于任何共原點的兩個坐標系，其中一個坐標系繞著過原點的固定軸旋轉某角度與另一坐標系重合，基于旋轉的這種物理特性，當i坐標系繞軸旋轉角度φ與b坐標系重合，則b坐標系相對于i坐標系的定向可以用單位四元數qb/i來表示：
7、
8、利用相對定向表示參數qb/i和四元數乘法，同一矢量在b坐標系中的坐標和在i坐標系中的坐標具有如下計算關系：
9、
10、式中，和由相應的向量生成的四元數。
11、當i坐標系與b坐標系原點不重合，將i坐標系沿兩原點連接的矢量平移至兩原點重合，然后再繞軸旋轉角度φ與b坐標系重合，則b坐標系相對于i坐標系的位姿用單位對偶四元數qb/i來表示：
12、
13、式中，和分別為矢量在i坐標系和b坐標系的坐標，qb/i的對偶部qb/i,d是b坐標系相對于i坐標系的位置表示，并不與這兩個坐標系相關聯；
14、根據方程(3)如果已知相對位姿的對偶四元數qb/i表示，則反過來計算得到兩坐標系相對位置矢量坐標，具體如下：
15、
16、與單位四元數類似，單位對偶四元數也可以利用乘法轉換計算不同坐標系下的坐標，給定兩個矢量在i坐標系中的坐標為和生成的對偶四元數表示為其中同樣地，采用這兩個矢量在b坐標系中的坐標和也可生成對偶四元數其中則vi和vb之間滿足如下關系式：
17、
18、式中
19、優選的，所述非合作目標臨近機動跟蹤控制采用對偶四元數建立相對運動學模型，方程為：
20、
21、優選的，所述非合作目標臨近機動跟蹤控制采用對偶四元數建立含未知綜合擾動的相對動力學模型，方程為：
22、
23、式中，為未知不確定項，包含空間擾動和目標機動，在服務航天器體坐標系中計算；
24、為了觀測系統(7)的不確定項ds，將未知不確定綜合擾動ds擴張為狀態量，設ds的時間導數為α，則有：
25、
26、優選的，所述采用擴張狀態觀測器估計不確定綜合擾動ds，將估計值作為反饋控制中的補償項，設計如下擴張狀態觀測器：
27、
28、式中和分別為和ds的估計值，為狀態觀測誤差，δ為增益常數，k1＝diag(k11,…,k18)和k2＝diag(k21,…,k28)均為正定對角矩陣，對偶四元數x的函數θ(x)和φ(x)表達式如下：
29、
30、式中，κ1>0和κ2>0為常系數。
31、優選的，所述服務航天器維持與目標航天器相對靜止的狀態，用qd/t表示期望坐標系相對于目標航天器的位姿對偶四元數，也即期望狀態，則qd/t的定義如下：
32、
33、式中，四元數qd/t表示期望相對姿態，相對位置四元數表示在目標航天器體坐標系中表示的期望相對位置矢量，進一步可以確定誤差對偶四元數qe為：
34、
35、優選的，所述基于擴張狀態觀測器估計的擾動設計類pd相對位姿跟蹤控制
36、律，實現抗干擾臨近跟蹤控制，控制律如下：
37、
38、式中，kp>0和kd>0為常系數，δq＝qe-1。
39、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
40、該擴張觀測器對未知擾動的估計誤差可以在有限時間內收斂到零，所提的控制律可以使航天器在始終滿足安全和觀測約束下抵近目標，并最終實現高精度穩定跟蹤。
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1.基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述
2.根據權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述相對運動學模型根據歐拉旋轉定理可知，在三維空間中，對于任何共原點的兩個坐標系，其中一個坐標系繞著過原點的固定軸旋轉某角度與另一坐標系重合，基于旋轉的這種物理特性，當I坐標系繞軸旋轉角度φ與B坐標系重合，則B坐標系相對于I坐標系的定向可以用單位四元數qB/I來表示：
3.根據權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述非合作目標臨近機動跟蹤控制采用對偶四元數建立相對運動學模型，方程為：
4.根據權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述非合作目標臨近機動跟蹤控制采用對偶四元數建立含未知綜合擾動的相對動力學模型，方程為：
5.根據權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述采用擴張狀態觀測器估計不確定綜合擾動dS，將估計值作為反饋控制中的補償項，設計如下
6.根據權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述服務航天器維持與目標航天器相對靜止的狀態，用qD/T表示期望坐標系相對于目標航天器的位姿對偶四元數，也即期望狀態，則qD/T的定義如下：
7.根據權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述基于擴張狀態觀測器估計的擾動設計類PD相對位姿跟蹤控制律，實現抗干擾臨近跟蹤控制，控制律如下：
...【技術特征摘要】
1.基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述
2.根據權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述相對運動學模型根據歐拉旋轉定理可知，在三維空間中，對于任何共原點的兩個坐標系，其中一個坐標系繞著過原點的固定軸旋轉某角度與另一坐標系重合，基于旋轉的這種物理特性，當i坐標系繞軸旋轉角度φ與b坐標系重合，則b坐標系相對于i坐標系的定向可以用單位四元數qb/i來表示：
3.根據權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述非合作目標臨近機動跟蹤控制采用對偶四元數建立相對運動學模型，方程為：
4.根據權利要求1所述的基于擴張狀態觀測器的非合作目標臨近機動跟蹤控制方法，其特征在于：所述非合...
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