买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院)

摘要：本发明提出一种基于旋转矩阵的航天器姿态受限下的协同势函数族设计方法，所述方法包括：步骤一、建立姿态限制模型；步骤二、构建协同势函数以处理临界点问题；步骤三、基于协同势函数，构建避障势函数以处理姿态约束问题；步骤四、将所设计的势函数引入控制器设计，实现受限制下姿态全局收敛。所述方法控制算法结构简单，解决了现有技术中临界点问题。

主权项：1.一种基于旋转矩阵的航天器姿态受限下的协同势函数族设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、建立姿态限制模型；假设航天器上某一指向在姿态机动过程中需要避开某一指向，令单位向量表示和航天器固连的敏感指向，单位向量表示惯性系下固定的不期望指向，航天器在姿态机动过程中，向量r和v夹角始终不小于α，即 步骤二、构建协同势函数以处理临界点问题；SO3上任意势函数VRt对时间的导数是： 其中由此定义势函数VRt的临界点为：CritV＝{R∈SO3|ψRT▽VR＝0}5对于下列势函数：PAR＝trAI-R6其中矩阵A是一个实对角阵，可计算临界点如下： 由公式4可知，当姿态处于势函数的临界点时，无论角速度如何，势函数对时间的导数为零，将停止收敛；给定一个有限的指标集{Vq}q∈Q是一族势函数，如果单位元是所有势函数公共的临界点，则称这样的一族势函数为共单位元的势函数；对于势函数族{Vq}q∈Q，如果存在一个常数δ＞0使得 则称势函数族{Vq}q∈Q是协同的；共单位元是指在这一族势函数控制下，姿态有相同的收敛方向；协同是指某个势函数临界时，存在另一个非临界且取值更低的势函数，如果切换为非临界的势函数进行控制，姿态将继续向目标姿态收敛；为了构建协同势函数，根据公式6定义映射SO3→SO3为： 其中，u∈S2是固定的转轴参数；令Q＝{1,2},q∈Q，当参数k满足时，则协同势函数族按如下形式构建： 步骤三、基于协同势函数，构建避障势函数以处理姿态约束问题；为每一个姿态约束设计软约束区域，当姿态进入软约束区域内时切换为避障势函数进行控制，同时给出软约束区域内为避免临界点问题避障势函数参数应该满足的条件；在步骤三中，基于姿态误差设计避障势函数，因此定义姿态误差为其中Rd是期望姿态，姿态约束的软约束区域定义为：E＝{Re∈SO3|arccosRdRer,v∈α,α+Δα}11其中Δα是软约束区域的宽度；为在全局收敛的情况下完成受限制姿态机动，避障势函数设计如下： 其中Pq,ARe是针对目标姿态的吸引项；PORe是用于避开姿态约束的排斥项： a,b＞0是待设计的参数，令函数定义ε＝arccosRdr,v-α+Δα，为了保证软约束区域内不出现临界点问题，现对避障势函数的参数Δα,a,k,A要求如下： 其中，步骤四、将所设计的势函数引入控制器设计，实现受限制下姿态全局收敛；在步骤四中，定义航天器的角速度误差为ωd表示期望角速度；则航天器的误差运动学和动力学是： 其中J表示航天器本体系下的转动惯量，H＝Jωe×+JReTωd×-JReTωd×-ReTωd×J是一个反对称矩阵，τ是控制力矩；为了利用势函数12实现混合控制，定义两个函数如下： 混合控制中系统状态Re,ωe,q被分成两个集合： 其中δ是常数；令x＝Re,ωe，根据不同的系统状态，公式15所示的航天器模型写成 当系统状态位于集合M中时，势函数指标不变，航天器的状态遵循微分方程15连续变化；协同势函数族公式10的所有非单位元的临界点都落在集合N中，此时航天器状态不改变，势函数指标发生切换，切换到非临界且值最低的势函数进行控制；将所设计的势函数引入控制器设计，设计反馈控制律如下 其中

全文数据：

权利要求：

百度查询： 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种基于旋转矩阵的航天器姿态受限下的协同势函数族设计方法