一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法
【专利摘要】本发明提供了一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，步骤1：建立系统的动力学模型；步骤2：系统的动力学模型的离散；步骤3：规划最优轨迹控制信号；步骤4：协调最优控制器通过空间绳系机器人系统真实的状态信号x与步骤3计算出的理想状态信号x*做差后得到误差信号，将误差信号与时变增益协调系数矩阵KN相乘得到偏差控制信号，该偏差控制信号与步骤3计算出的理想状态信号x*相加得到控制信号，以此实现协调控制。
【专利说明】一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法
【技术领域】:
[0001]本发明隶属于航天器控制技术研究领域，涉及到一种低燃料消耗的空间绳系机器人位姿协调控制方法，该控制方法可以应用于空间绳系机器人逼近过程的控制中。
【背景技术】:
[0002]绳系机器人由于其灵活、安全、燃料消耗低等特点，在空间在轨服务中有着广泛的作用，其中对失效卫星救助、太空垃圾清理等进行抓捕是其主要应用。这些任务的实现都有赖于机器人对于目标的精确逼近，因此逼近过程中的有效控制方法是绳系机器人的主要研究内容之一。空间机器人在逼近目标过程中，由于末端机器人的重量非常有限，因此它自身的燃料非常有限，因此有必要利用系绳上和推力器对末端机器人的位置和姿态进行协调控制。但由于系绳上的拉力对于机器人的姿态有着巨大的影响，传统将位置和姿态分开进行控制的方案容易导致末端机器人姿态的不稳定，不施加控制甚至会发生系绳缠绕，因此，需要在绳系机器人逼近过程中对其位置和姿态进行协调的一体化控制。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的在于提供一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的协调控制方法，该控制方法可以减少燃料消耗，保证姿态稳定，并且一定程度弥补推力器推力不足等特点。
[0004]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0005]一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，包括以下步骤:
[0006]步骤1:建立系统的动力学模型
[0007]假设空间平台的质量远大于空间系绳和末端机器人的质量，忽略空间系绳和末端机器人运动对于空间平台的影响，空间绳系机器人系统的质心与空间平台的质心重合，且运动在近圆形的开普勒轨道上，另外，忽略空间绳系机器人系统的面外运动和滚转运动，则系统的动力学模型为:
[0008]
【权利要求】
1.一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:建立系统的动力学模型 假设空间平台的质量远大于空间系绳和末端机器人的质量，忽略空间系绳和末端机器人运动对于空间平台的影响，空间绳系机器人系统的质心与空间平台的质心重合，且运动在近圆形的开普勒轨道上，另外，忽略空间绳系机器人系统的面外运动和滚转运动，则系统的动力学模型为:
2.根据权利要求1所述的一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，其特征在于:在步骤I中，位置向量满足:= + ▼满足豕=，|/10 0
3.根据权利要求1所述的一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，其特征在于:在步骤I中，Na满足:
4.根据权利要求1所述的一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，其特征在于:在步骤I中，Ab满足,
5.根据权利要求1所述的一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，其特征在于:在步骤I中，:3满足3 =，其中,加速度分量足和义满足:
6.根据权利要求1所述的一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，其特征在于:步骤2的具体方法为: 通过线形单元的离散得到空间绳系机器人系统的运动满足:
7.根据权利要求1所述的一种适合空间绳系机器人逼近目标过程中的燃料最优位姿协调方法，其特征在于:步骤4中的协调最优控制器根据以下方法设计:空间绳系机器人系统的性能指标为:
【文档编号】G05D1/08GK103955225SQ201410174669
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】黄攀峰, 胡仄虹, 孟中杰, 刘正雄 申请人:西北工业大学