充液挠性航天器姿态机动控制的多目标优化

发布时间：2021-02-09 23:55

　　针对充液挠性航天器姿态快速机动、快速稳定的控制要求,为减小姿态机动对挠性附件振动和液体晃动的激发,设计了一种基于正弦型加加速度的姿态机动路径规划方法。为进一步提高姿态控制性能,提出了一种基于云多目标粒子群算法的姿态控制器参数和机动路径参数联合优化方法。以最小化充液挠性航天器三轴姿态达到指定指向精度的时间以及三轴姿态稳定度,构建多目标优化模型,并应用云多目标粒子群算法求取姿态控制器参数和机动路径参数的Pareto最优解。仿真结果表明:采用多目标联合优化算法得到的控制器与路径参数,能够有效减小液体晃动和挠性附件振动,显著提高充液挠性航天器大角度姿态机动的快速性和稳定性。 

【文章来源】：上海航天(中英文). 2020,37(01)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

基于正弦型加速度的七段式路径规划示意图

为了减小航天器姿态机动对液体晃动和挠性附件振动的激发，实现快速机动、快速稳定的控制目标，采用反馈控制器与机动路径规划相结合的姿态控制方案，系统结构如图2所示。图2中，αd、分别为期望的角位置、角加速度向量，α为实际的姿态角向量，e=αd-α为姿态角误差向量。图2中姿态控制器采用微分先行的PD控制律，即

仿真用充液挠性航天器的数学模型及参数取自文献[11]。充液挠性航天器初始姿态角为[-30,0.5,0.5]（°），期望达到的姿态角为[30,0,0]（°），三轴初始姿态角速度均为10-3（°）/s。姿态机动采用基于正弦型加加速度七段路径，并利用CMOP-SO联合优化充液挠性航天器姿态机动路径参数和控制器参数。考虑实际航天器姿态三轴角速度测量元件的测量范围有限，设定机动路径的匀速段角速度限幅为Vsystem＿max=2.5（°）/s，角加速度限幅为asystem＿max=0.4（°）/s2，控制器力矩限幅为ulimit=25N·m，系统采样时间为0.05 s。性能指标：当充液挠性航天器滚动轴机动60°时，考虑三轴运动耦合，为了平稳进行姿态机动，对俯仰轴和偏航轴亦按照所设计的七段路径进行规划，要求三轴姿态机动时间控制在tmax=70 s之内，指向精度优于pt=0.005°；且在100～150 s（稳定时间）内，稳定度优于6×10-5（°）/s。


本文编号：3026439