[发明专利]基于联合执行机构的递阶饱和模糊PD姿态控制方法

摘要

本发明公开了一种基于联合执行机构的递阶饱和模糊PD姿态控制方法，根据姿态四元数以及目标四元数得到姿态误差四元数；根据测得的角速度设计第一模糊控制增益；根据姿态角误差设计第二模糊控制增益；根据相应模糊控制规则、两个模糊控制增益在线调整PD姿态控制律的比例增益和微分增益；计算输出力矩；分别通过姿态动力学方程和姿态运动学方程求解星体的实际角速度与更新后的反馈实时姿态四元数。本发明设计递阶饱和模糊PD控制器具有出色的鲁棒性，控制器的设计十分灵活，实现PD姿态控制律的比例增益和微分增益由模糊逻辑系统根据实时的姿态误差在线整定，解决了单一递阶饱和PD控制器响应速度慢、系统超调量大，甚至引起系统震荡的问题。

主权项

1.一种基于联合执行机构的递阶饱和模糊PD姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：使用卫星姿态敏感器检测姿态四元数，设姿态四元数为Q；提供目标四元数Q_T；根据所述姿态四元数Q以及目标四元数Q_T得到姿态误差四元数Q_e；步骤二：选择使用二维模糊逻辑控制器，在所述二维模糊逻辑控制器中设定姿态角速度的最大阈值；使用卫星姿态敏感器检测姿态角速度ω，根据测得的姿态角速度ω设计第一模糊控制增益K₁，K₁为姿态角速度的最大阈值与实际测得姿态角速度ω最大值的比值；步骤三：根据步骤一获得的姿态角误差Q_e设计第二模糊控制增益K₂，K₂为姿态角速度的最大阈值与实际测得姿态角误差Q_e最大值的比值；步骤四：设定模糊控制规则；所述姿态误差四元数Q_e和姿态角速度ω分别通过第一模糊控制增益K₁和第二模糊控制增益K₂输入到模糊控制器中；模糊控制器输出得到PD姿态控制律的比例增益K_p和微分增益K_d；步骤五：设输出力矩为T，根据姿态误差四元数Q_e、姿态角速度ω、实时变化的比例增益K_p和微分增益K_d计算T：T＝sat_σ[K_dJω+K_pJsat_σ(Q_e)‑ω^×(J_bω+CJ_wΩ]+Au式中，J为转动惯量；J_w为飞轮转动惯量组成的对角阵；J_b为整星转动惯量；A为冷力推力器安装矩阵；u为冷力推力器产生推力的大小；C为飞轮的安装矩阵；Ω为飞轮角速度相对于本体坐标系构成的矩阵；步骤六：对步骤五所述的输出力矩T进行分配力矩，计算实际控制力矩，分别通过姿态动力学方程和姿态运动学方程求解星体的实际角速度ω′与更新后的反馈实时姿态四元数Q′，然后将Q′作为步骤一中的Q、ω′作为步骤二中的ω循环操作步骤一至步骤六。