一种基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法

本发明涉及航天器控制，尤其涉及一种基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法。

背景技术：

1、在轨服务、空间探测、交汇对接等高精度复杂空间任务中对航天器姿态控制系统提出了较高的要求。要求在航天器的姿态控制系统作用下，姿态误差响应有良好的暂态性能和稳态性能。传统的最优控制方案往往只能保证姿态控制器具备良好的稳态性能。在这一动机下，本发明结合预设性能函数和可处理约束的精确罚函数法设计了一种基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是要提供一种基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明包括以下步骤：

4、s1：建立刚性航天器的姿态误差模型；

5、s2：建立预设性能函数和预设性能约束；

6、s3：预设性能下的航天器姿态跟踪最优控制问题：建立带约束的最优控制模型，所述最优控制模型包括：目标函数、动态方程与不等式约束，结合目标函数、动态方程以及预设性能约束，建立带预设性能约束的最优航天器姿态跟踪控制问题；

7、s4：基于精确罚函数法对预设性能约束进行处理；

8、s5：结合步骤s3和s4将带预设性能不等式约束的优化问题转化为无约束的优化问题；

9、s6：基于控制参数化方法，将步骤s5优化问题中无限维控制量优化问题转换为有限维参数优化问题。

10、本发明的有益效果是：

11、本发明是一种基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法，与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

12、1)能够实现暂态性能约束，用以设定姿态误差的收敛速度；

13、2)能够实现稳态性能约束，即可以设定稳态时的航天器姿态跟踪误差大小。

14、3)基于精确罚函数法和控制参数化法，能够将预设性能约束的优化问题转换为一种可处理的非线性规划问题。

技术特征：

1.一种基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤s1建立刚性航天器的姿态误差模型：

3.根据权利要求2所述的基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤s2建立预设性能函数和预设性能约束：

4.根据权利要求3所述的基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤s3-s5具体为：

5.根据权利要求4所述的基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤s6具体为：基于控制参数化方法，将优化问题p2中无限维控制量优化问题转换为有限维参数优化问题；将连续控制量u(t)在时间刻度t∈[0,tf]等分为k个区间，从而产生k+1个节点{t0,t1,t2,...,tk}，其中t0＝0，tk＝tf；参数化后的控制量表示为：

技术总结
本发明公开了一种基于精确罚函数的预设性能姿态跟踪控制方法，采用建立刚性航天器的姿态误差模型、预设性能函数和预设性能约束；而后基于精确罚函数法，建立预设性能下的航天器姿态跟踪最优控制问题。最后采用控制参数化法求解该预设性能最优控制问题。本发明能够实现暂态性能约束，用以设定姿态误差的收敛速度；能够实现稳态性能约束，即可以设定稳态时的航天器姿态跟踪误差大小。基于精确罚函数法和控制参数化法，能够将预设性能约束的优化问题转换为一种可处理的非线性规划问题。

技术研发人员：李彬,关涛,路遥,史明明,李永,李意,张海博
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9