无模型干扰在线估计的小天体探测器着陆控制方法
【专利摘要】无模型干扰在线估计的小天体探测器着陆控制方法，涉及小天体着陆控制【技术领域】，解决现有在小天体探测器着陆控制中，针对无模型干扰的上界无法获取，且无法实现精确安全的着陆控制的问题，首先设计一条在τ时间内能够安全着陆的轨迹，分别确定X轴、Y轴和Z轴三个方向期望的下降位置、下降速度和下降加速度；其次在实现小天体探测器着陆过程中，基于探测器当前的位置、速度和加速度运行状态信息，设计估计函数对无模型干扰进行实时在线估计；最后基于李雅普诺夫第二法稳定性定理求取控制律，得到探测器三个方向的控制加速度，对探测器进行控制，使得探测器跟踪标称轨迹，确保小天体探测器能够精确安全的着陆。
【专利说明】无模型干扰在线估计的小天体探测器着陆控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及小天体着陆控制【技术领域】，具体涉及一种无模型干扰在线估计的小天 体探测器着陆控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，世界各空间大国掀起了太阳系深空探测的热潮，小天体深空探测工作也 引起了人们的重视。小天体的深空探测始于上世纪90年代，美国的Galileo探测器在探 测木星的途中飞越了两颗小天体。2001年2月12日，NASA的NEAR(NearEarthAsteroid Rendezvous)探测器成功着陆Eros小行星；2003年5月9日，日本的MUSESC小天体探测 器发射升空，开始了人类航天史上第一次对小天体岩石样本采样返回任务；2007年9月美 国发射了Dawn探测器，专门探测矮行星谷神星和主带小行星灶神星；新的小天体探测计划 也在进行或酝酿之中，美国的ANTS(AutonomousNano-TechnologySwarm)计划，将于2020 年前后向主带发射多个探测器。随着我国航天事业的稳步发展，我国也适时开展了多目标 多任务的小天体探测任务。
[0003] 着陆小天体是深空探测任务中及其复杂、重要的一个环节，国内外很多专家学者 围绕着陆小天体的导航、制导与控制问题进行了研究。在小天体探测器着陆控制中，针对无 模型干扰（太阳光压及第三体引力摄动）的上界无法获取，无法实现精确安全的着陆控制。 发明一种能在线估计无模型干扰上界的安全着陆控制方法势在必行。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决现有在小天体探测器着陆控制中，针对无模型干扰的上界无法获 取，且无法实现精确安全的着陆控制的问题，提供一种无模型干扰在线估计的小天体探测 器着陆控制方法。
[0005] 无模型干扰在线估计的小天体探测器着陆控制方法，该控制方法由以下步骤实 现：
[0006] 步骤一、在小天体探测器着陆过程中，小天体探测器的状态方程表示为：
【权利要求】
1.无模型干扰在线估计的小天体探测器着陆控制方法，其特征是，该方法由以下步骤 实现： 步骤一、在小天体探测器着陆过程中，小天体探测器的状态方程表示为：
其中，户、和#分别表示小天体探测器当前的下降位置、下降速度和下降加速度矢 量,X，y, z、i, 和分别为小天体探测器在小天体固连坐标系X轴、Y轴和Z轴三个方 向当前的下降位置、下降速度和下降加速度分量，戶为小天体引力加速度矢量，F x、Fy、FzS 小天体探测器在小天体固连坐标系X轴、Y轴和Z轴三个方向的引力加速度分量；/为小天 体探测器内部控制器产生的控制加速度矢量；f x、fy、fz为小天体探测器在小天体固连坐标 系X轴、Y轴和Z轴三个方向控制加速度分量，S为无模型干扰加速度矢量，A x、Ay、A ,为 小天体探测器在小天体固连坐标系X轴、Y轴和Z轴三个方向的无模型干扰加速度分量；《 为小天体自旋角速度； 步骤二、确定一条在T时间内能够安全着陆的轨迹，确定着陆过程小天体探测器在小 天体固连坐标系中X轴、Y轴和Z轴三个方向期望的下降位置Px，Py，Pz、下降速度V x，Vy，\和 下降加速度Ax, Ay, Az; 所述Z轴方向期望的下降位置、下降速度和下降加速度的期望轨迹分别为Pz、Vz、A z，用 下式表示为：
X轴方向期望的下降位置、下降速度和下降加速度期望轨迹分别为PX、VX、、A X，用下式表 示为：
Y轴方向期望的下降位置、下降速度和下降加速度期望轨迹分别为匕、^、'，用下式表 示为：
式中：PxQ、VxQ、Pxt、Vxt、PyQ、V yQ、PyT、VyT、PzQ、VzQ、Pzt、Vzt 分别为小天体固连坐标系中 X轴、Y轴和Z轴期望下降位置、下降速度的始末状态；确定小天体探测器期望的下降位置、 下降速度、下降加速度的矢量分别为芦、歹、歹； 步骤三、根据步骤二中确定的着陆过程小天体探测器在小天体固连坐标系中X轴、Y轴 和Z轴三个方向的期望的下降位置Px，Py，Pz、下降速度Vx，V y，Vz和下降加速度A x，Ay，\以 及着陆过程小天体探测器当前的下降位置x，y，z、下降速度i，j，i和下降加速度兄艿i信 息，获得小天体探测器的下降位置误差、下降速度误差和下降加速度误差，分别用下式表示 为：
并对步骤一中小天体探测器状态方程中的无模型干扰A，采用下式进行在线估计，获 得估计值i，用下式表示为：
式中，？为小天体探测器着陆过程中探测器偏离着陆点的状态偏离矢量，由下降位置
标系X轴、Y轴和Z轴三个方向上的状态偏离分量，A代表着陆过程偏离状态中位置误差所
步骤四、通过小天体探测器当前的下降位置x，y，z、下降速度及下降加速度 的状态信息、步骤二中确定的三个方向期望的下降位置Px, Py, Pz、下降速度Vx, Vy, Vz 和下降加速度Ax，Ay，AJf息以及步骤三中得到的无模型干扰蓋的估计值i，基于李雅普诺 夫第二法求取小天体探测器在小天体固连坐标系中X轴、Y轴和Z轴三个方向上的控制加速 度分量fx、fy、fz，探测器在该控制加速度的作用下，沿期望下降轨迹安全着陆小天体表面。
2. 无模型干扰在线估计的小天体探测器着陆控制方法，其特征在于，所述的采用李雅 普诺夫第二法求取小天体探测器在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的控制加速度矢量/如下：
3. 根据权利要求1所述的无模型干扰在线估计的小天体探测器着陆控制方法，其特征 在于，所述小天体的引力加速度Fx、F y、Fz，用下式表示为：
式中，GM为万有引力常数和小天体质量的乘积；R为小天体探测器到小天体质心的距 离，a为小天体的最大赤道半径，C2tl和C 22为球谐系数，与小天体三个惯量轴有关。
【文档编号】B64G1/62GK104494845SQ201410728766
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】谢慕君, 李元春, 崔平远, 刘克平, 李岩, 李慧, 王宏, 王茜茜 申请人:长春工业大学