【技术实现步骤摘要】
一种考虑伺服机构动态特性的运载器位姿一体化控制方法
[0001]本专利技术涉及一种考虑伺服机构动态特性的运载器位姿一体化控制方法，属于飞行器动力学与控制
技术介绍
[0002]以上面级、空间运输级、火箭末级为代表的运载器为实现入轨、行星际轨道转移、轨道机动等空间任务，往往配置一台或两台大推力液体发动机以确保足够的主动力在有限时间内达到所需的位置与速度，整个飞行过程中通过伺服机构或RCS调整运载器的姿态以实现推力矢量控制。
[0003]当前的运载器位姿控制系统的传统设计模式中，制导设计(也即位置控制设计)与姿态控制设计往往在各自性能指标分配后独立进行，所形成的控制指令再通过运载器6自由度仿真推演、反复迭代以满足运载器运动终端的轨道精度和飞行过程中的伺服机构约束(如幅值约束、动态性能约束等)。这种“分而治之”的位姿控制设计模式虽然易于子系统控制算法设计，但从原理上考虑，姿控子系统对制导指令的跟踪时延无疑会对轨道控制精度产生影响，而且，这种设计模式需要预先进行性能指标分配，使得最终设计指标存在保守性。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种考虑伺服机构动态特性的运载器位姿一体化控制方法，首先获取任务参数、运载器总体参数及执行机构配置矩阵、伺服系统动力学参数以及当前时刻运载器状态参数，后判断是否满足入轨要求，若满足，则控制过程结束，否则获取当前时刻伺服系统状态参数，并依次计算当前时刻发动机控制推力和指令姿态角、滤波指令姿态角及角速度，后判断姿态运动耦合矩阵是否奇
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种考虑伺服机构动态特性的运载器位姿一体化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取运载器入轨任务参数；(2)获取运载器总体参数，并根据运载器总体参数计算执行机构配置矩阵；(3)获取伺服系统动力学参数；(4)获取当前时刻t
j
的运载器状态参数，j＝0,1,2,
…
；(5)根据步骤(4)所得当前时刻t
j
的运载器状态参数及步骤(1)所得运载器入轨任务参数，判断运载器是否满足入轨要求，若满足，则控制过程结束；否则，进入步骤(6)；(6)获取当前时刻t
j
的伺服系统状态参数；(7)根据步骤(1)所得运载器入轨任务参数和步骤(4)所得当前时刻t
j
的运载器状态参数计算当前时刻t
j
发动机控制推力和指令姿态角；(8)根据步骤(7)所得当前时刻t
j
发动机的指令姿态角和步骤(1)所得运载器入轨任务参数，计算当前时刻t
j
运载器的滤波指令姿态角及滤波指令角速度；(9)判断当前时刻t
j
运载器的姿态运动耦合矩阵G(θ)是否奇异，若奇异，进入步骤(10)，否则进入步骤(11)；(10)对姿态运动耦合矩阵G(θ)进行修正，并进入步骤(11)；(11)根据步骤(7)所得当前时刻t
j
发动机控制推力、步骤(8)所得当前时刻t
j
运载器的滤波指令姿态角及滤波指令角速度、步骤(9)或步骤(10)所得姿态运动耦合矩阵G(θ)、步骤(2)所得机构配置矩阵、以及步骤(4)所得当前时刻t
j
的运载器状态参数计算当前时刻t
j
的伺服作动器指令位移；(12)根据步骤(11)所得当前时刻t
j
的伺服作动器指令位移、步骤(6)所得当前时刻t
j
的伺服系统状态参数以及步骤(1)所得运载器入轨任务参数，计算当前时刻t
j
伺服作动器的滤波指令位移及滤波指令速度；(13)根据步骤(12)所得当前时刻t
j
伺服作动器的滤波指令位移及滤波指令位移速度、步骤(6)所得当前时刻t
j
的伺服系统状态参数以及步骤(3)所得伺服系统动力学参数，计算当前时刻t
j
伺服作动器液压缸指令负载压力；(14)根据步骤(13)所得当前时刻t
j
伺服作动器液压缸指令负载压力、步骤(6)所得当前时刻t
j
的伺服系统状态参数以及步骤(1)所得运载器入轨任务参数，计算当前时刻t
j
伺服作动器液压缸的滤波指令负载压力及滤波指令负载压力变化率；(15)根据步骤(14)所得当前时刻t
j
伺服作动器液压缸的滤波指令负载压力及滤波指令负载压力变化率、步骤(6)所得当前时刻t
j
的伺服系统状态参数以及步骤(3)所得伺服系统动力学参数计算当前时刻t
j
的伺服作动器指令阀芯位移；(16)根据步骤(15)所得当前时刻t
j
的伺服作动器指令阀芯位移、步骤(6)所得当前时刻t
j
的伺服系统状态参数以及步骤(1)所得运载器入轨任务参数，计算当前时刻t
j
伺服作动器阀芯滤波指令位移及位移变化率；(17)根据步骤(16)所得当前时刻t
j
伺服作动器阀芯滤波指令位移及变化率、步骤(6)所得当前时刻t
j
的伺服系统状态参数以及步骤(3)所得伺服系统动力学参数，计算当前时刻t
j
伺服作动器输入控制电压矢量；(18)根据步骤(17)所得当前时刻t
j
伺服作动器输入控制电压矢量以及步骤(7)所得当
前时刻t
j
发动机控制推力对运载器实施控制，并返回步骤(4)。2.根据权利要求1所述的一种考虑伺服机构动态特性的运载器位姿一体化控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，运载器入轨任务参数包括入轨任务运载器的期望位置r
d
，期望速度v
d
，期望入轨精度e
ss
和控制周期T；所述步骤(2)中，运载器总体参数包括运载器主发动机比冲I
sp
，运载器箭体半径R，伺服作动器与发动机中心线的距离D，伺服作动器上安装点构成的平面与运载器质心距离H
G
，发动机A和发动机B的安装点A
G
和B
G
距伺服作动器上安装点构成平面的距离l
G
；所述步骤(3)中，伺服系统动力学参数包括负载质量矩阵M，液压缸横截面积A
p
，负载刚度k，阻尼b，液压缸的半容积V
t
，液压油体积弹性模量β
e
，液压缸泄露系数C
tl
，伺服阀流量系数C
d
，伺服阀面积梯度w，液压油密度ρ，液压泵供油压力p
s
，伺服阀响应时间常数T
sv
和伺服阀放大增益k
sv
；所述步骤(4)中，当前时刻t
j
的运载器状态参数包括运载器质量m(t
j
)，运载器转动惯量J(t
j
)，运载器位置矢量r(t
j
)，运载器速度矢量v(t
j
)，运载器姿态角矢量θ(t
j
)和运载器姿态角速度矢量ω(t
j
)；所述步骤(6)中，当前时刻t
j
的伺服系统状态参数包括负载力矩矢量F
L
(t
j
)，伺服作动器位移变化量Δl(t
j
)，伺服作动器位移变化率...
【专利技术属性】
技术研发人员：张烽，张柳，汪小卫，吴胜宝，高朝辉，李扬，刘丙利，唐琼，胡冬生，王书廷，张雪梅，任宽，童科伟，刁萌，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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