一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，包括：(1)計(jì)算當(dāng)前四元數(shù)偏差、當(dāng)前姿態(tài)角速率偏差；(2)根據(jù)四元數(shù)偏差和姿態(tài)角速率偏差，計(jì)算控制綜合信號(hào)；(3)將控制綜合信號(hào)經(jīng)過校正網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)、增益修正環(huán)節(jié)生成控制占空比指令；(4)根據(jù)開關(guān)控制狀態(tài)，計(jì)算偽速率調(diào)制器反饋通路信號(hào)；(5)根據(jù)慣性測(cè)量角率和開關(guān)控制狀態(tài)，在線辨識(shí)干擾力矩，生成干擾補(bǔ)償占空比指令；(6)綜合控制占空比指令、干擾補(bǔ)償占空比指令和調(diào)制器反饋通路信號(hào)，經(jīng)過施密特觸發(fā)器生成開關(guān)控制指令，輸出給姿控噴管。本發(fā)明專利技術(shù)旨在提升航天器在時(shí)變大干擾下的控制能力，提升控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制精度。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，屬于航天器控制。
技術(shù)介紹
1、在火星采樣返回任務(wù)中，火星上升器在火表起飛上升過程中面臨著稀薄的大氣環(huán)境干擾、質(zhì)心橫移結(jié)構(gòu)偏差下主推力發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的干擾，存在著較大的干擾不確定性。同時(shí)在入軌參數(shù)方面，軌道傾角約束和升交點(diǎn)赤經(jīng)約束都提出了較高的精度要求，因此需要提升火星上升器在大干擾不確定條件下的姿控精度及在大干擾下的穩(wěn)定性。由于推進(jìn)劑重量資源的限制，上升器無法全程采用相平面開關(guān)控制來獲取大干擾下的魯棒性和姿控精度，只能采用節(jié)省姿控燃耗的偽速率脈寬調(diào)制方案。傳統(tǒng)的pid+偽速率控制方案針對(duì)常值干擾具有較好的控制效果，通過積分環(huán)節(jié)能夠補(bǔ)償外界干擾，獲得較高的控制精度，但是面對(duì)快時(shí)變干擾時(shí)，積分存在控制補(bǔ)償響應(yīng)滯后的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了航天器抗時(shí)變干擾特性，提升大時(shí)變干擾下的開關(guān)控制精度。
2、本專利技術(shù)目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
3、一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，包括：
4、(1)根據(jù)程序四元數(shù)和慣性測(cè)量導(dǎo)航四元數(shù)，計(jì)算當(dāng)前四元數(shù)偏差，根據(jù)程序角速率和慣性測(cè)量角速率，計(jì)算當(dāng)前姿態(tài)角速率偏差；
5、(2)根據(jù)四元數(shù)偏差和姿態(tài)角速率偏差，計(jì)算控制綜合信號(hào)；
6、(3)將控制綜合信號(hào)經(jīng)過校正網(wǎng)絡(luò)、增益修正生成控制占空比指令；
7、(4)根據(jù)開關(guān)控制狀態(tài)，計(jì)算偽速率調(diào)制器反饋通路信號(hào)；
8、(5)根據(jù)慣性測(cè)量角率和開關(guān)控制狀態(tài)，在線辨識(shí)干擾力矩，生成干擾補(bǔ)償占空比指令；
9、(6)綜合控制占空比指令、干擾補(bǔ)償占空比指令和調(diào)制器反饋通路信號(hào)，經(jīng)過施密特觸發(fā)器生成開關(guān)控制指令，輸出給姿控噴管。
10、在上述的開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法中，步驟(1)中的四元數(shù)偏差和姿態(tài)角速率偏差按照下式計(jì)算：
11、
12、其中，[qcx0?qcx1?qcx2?qcx3]t為程序四元數(shù)，[qins0?qins1?qins2?qins3]t為慣性導(dǎo)航四元數(shù)；為四元數(shù)偏差，為程序角速率，為慣性測(cè)量角速率，為姿態(tài)角速率偏差。
13、在上述的開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法中，步驟(2)中的控制綜合信號(hào)按照下式計(jì)算：
14、ucα(k)＝2kpαqeα+kdαωeα+uiα(k)
15、
16、其中，為α通道四元數(shù)偏差，為α通道姿態(tài)角速率偏差，為α通道四元數(shù)偏差增益系數(shù)，為α通道四元數(shù)偏差積分增益系數(shù)，為α通道角速率偏差增益系數(shù)，δtzk為四元數(shù)偏差積分時(shí)間周期，為α通道第k拍四元數(shù)偏差積分限幅后的值，為α通道第k拍四元數(shù)偏差積分限幅前的值，uimaxα為α通道積分限幅值，limit()為通用限幅函數(shù)。ψ、γ分別表示俯仰、偏航和滾動(dòng)通道。
17、在上述的開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法中，步驟(3)中的控制綜合信號(hào)經(jīng)過校正網(wǎng)絡(luò)、增益修正生成控制占空比指令按照下式計(jì)算：
18、uwlα(k)＝ucα(k)
19、
20、
21、其中，為α通道校正網(wǎng)絡(luò)輸入，為α通道校正網(wǎng)絡(luò)輸出，為α通道校正網(wǎng)絡(luò)系數(shù)，為α通道占空比指令修正增益系數(shù)，為α通道控制占空比指令，n為校正網(wǎng)絡(luò)差分階數(shù)。
22、在上述的開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法中，步驟(4)中的偽速率調(diào)制器反饋通路信號(hào)按照下式計(jì)算：
23、
24、其中，為α通道偽速率調(diào)制器反饋回路參數(shù)，δtprm為偽速率調(diào)制器調(diào)制周期，為α通道開關(guān)指令狀態(tài)，為α通道偽速率調(diào)制器反饋通路信號(hào)。
25、在上述的開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法中，步驟(5)中的在線辨識(shí)干擾力矩和干擾補(bǔ)償占空比指令按照下式計(jì)算：
26、
27、其中，為α通道干擾補(bǔ)償控制增益系數(shù)，為α通道干擾補(bǔ)償通道低通濾波參數(shù)，為α通道干擾補(bǔ)償計(jì)算中間值，δtgrbc為干擾補(bǔ)償控制計(jì)算周期，為α通道干擾補(bǔ)償占空比指令，為α通道干擾力矩系數(shù)辨識(shí)值，為α通道控制力矩系數(shù)，為α通道角速率信號(hào)。
28、在上述的開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法中，步驟(6)中開關(guān)控制指令按照下式計(jì)算：
29、
30、
31、其中，為α通道施密特觸發(fā)器開關(guān)門限，為α通道施密特觸發(fā)器開關(guān)回環(huán)系數(shù)，為α通道占空比綜合信號(hào)，輸入給施密特觸發(fā)器，為α通道開關(guān)控制指令。
32、一種電子設(shè)備，包括：
33、處理器；以及
34、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序指令；
35、其中當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序指令由所述處理器加載并運(yùn)行時(shí)，所述處理器執(zhí)行所述開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法。
36、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令，所述計(jì)算機(jī)程序指令在由處理器加載并運(yùn)行時(shí)，使所述處理器執(zhí)行所述開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法。
37、一種存儲(chǔ)在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于實(shí)行所述開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法的程序代碼。
38、本專利技術(shù)相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：
39、(1)、本專利技術(shù)算法對(duì)模型參數(shù)依賴性弱，噴管延時(shí)適應(yīng)性強(qiáng)，干擾觀測(cè)精度高，在時(shí)變干擾下仍然具有較高的控制精度。
40、(2)、本專利技術(shù)算法簡單，干擾觀測(cè)中直接引入速率信號(hào)，避免對(duì)帶噪聲的速率信號(hào)進(jìn)行微分，工程實(shí)用性強(qiáng)。
41、(3)、通過實(shí)時(shí)辨識(shí)干擾，進(jìn)行干擾前饋補(bǔ)償，將能夠獲得較好的抗時(shí)變干擾特性。
42、(4)干擾觀測(cè)補(bǔ)償與pid控制相結(jié)合，利用積分項(xiàng)消除補(bǔ)償偏差，提升時(shí)變干擾下偽速率開關(guān)控制精度。
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(2)中的控制綜合信號(hào)為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(5)中干擾補(bǔ)償占空比指令包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(1)中的四元數(shù)偏差和姿態(tài)角速率偏差按照下式計(jì)算：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(3)中的控制綜合信號(hào)經(jīng)過校正網(wǎng)絡(luò)、增益修正生成控制占空比指令按照下式計(jì)算：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(4)中的偽速率調(diào)制器反饋通路信號(hào)按照下式計(jì)算：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(6)中開關(guān)控制指令按照下式計(jì)算：
8.一種電子設(shè)備，包括：
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令，所述計(jì)算機(jī)程序指令在由處理器加載并運(yùn)行時(shí)，使所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法。
10.一種存儲(chǔ)在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于實(shí)行如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法的程序代碼。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(2)中的控制綜合信號(hào)為：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(5)中干擾補(bǔ)償占空比指令包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(1)中的四元數(shù)偏差和姿態(tài)角速率偏差按照下式計(jì)算：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)控制下干擾在線辨識(shí)與補(bǔ)償控制方法，其特征在于，步驟(3)中的控制綜合信號(hào)經(jīng)過校正網(wǎng)絡(luò)、增益修正生成控制占空比指令按照下式計(jì)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：湛康意，陳海朋，黃飛，胡存明，李聰，丁寰毓，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海航天控制技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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