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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：一种考虑输入饱和的航天器姿态可变性能控制方法，涉及航天器姿态控制技术领域。考虑存在外部环境干扰和输入饱和的航天器姿态控制系统建立航天器动力学模型，采用误差转换函数将航天器姿态控制系统变换为预设性能的航天器姿态模型；结合饱和限幅函数构造可变性能函数方程；结合预设性能的航天器姿态模型和可变性能函数设计控制输入，从而设计抗饱和辅助系统。基于预设性能控制，考虑外部环境干扰以及输入饱和限幅，通过引入可变性能函数，解决航天器姿态预设性能控制在饱和时的失效问题。

主权项：1.一种考虑输入饱和的航天器姿态可变性能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：建立航天器动力学模型状态变换为预设性能的航天器姿态模型考虑存在外部环境干扰和输入饱和的航天器姿态控制系统建立航天器动力学模型，采用误差转换函数将航天器姿态控制系统通过状态变换得到关于转换误差的预设性能的航天器姿态模型，转换误差表达式如下：z1＝fqv,Eu,El式中，为转换误差，f·表示误差转换函数，表示四元数描述的航天器姿态状态，q0∈[-1,1]表示四元数标量部分，表示四元数向量部分，分别表示预设性能的上、下边界函数，可拆解为： 式中，分别表示上、下预设性能函数，分别表示上、下可变性能函数，eu,el,Ru,Rl均为非负向量，把-El＜qv＜Eu映射到-∞＜z1＜+∞，对转换误差求偏导得到： 式中，分别是转换误差关于qv,Eu,El的偏导，且均为3×3的对角矩阵，其中，Oe,Ol为正定矩阵，Ou为负定矩阵；基于状态变换得到预设性能的航天器姿态模型如下： 式中，为航天器的角速度，为航天器的转动惯量矩阵，为输入力矩，为外部环境干扰；步骤二：结合饱和限幅函数构造可变性能函数方程针对输入饱和问题，建立航天器姿态系统中真实的输入力矩与设计的控制输入之间的差异关系，在干扰观测器对外部环境干扰估计的基础上，对控制输入应用饱和限幅函数进行限制，从而使控制输入满足输入饱和条件，保证航天器姿态控制系统抗饱和的有效性，设计真实的输入力矩如下：u＝satuc 式中，为有干扰下的抗饱和控制输入，为待设计的控制输入，为干扰估计值，sat·为饱和限幅函数，能够改写为satv＝Θv·v，Θv＝diagΘ1v1,Θ2v2,Θ3v3，Θivi具体形式如下： 式中，umax,i为输入力矩向量第i维的最大限幅值；为区分控制输入饱和与干扰补偿导致饱和，设计标志着uc是否超出饱和界限的标志变量a，a＝[a1,a2,a3]T，表达式如下： 式中，η为正值常数，ε取小于1的正数；设计可变性能函数，其微分方程表达形式如下： 式中，I3为3×3的单位矩阵，系数矩阵Γ,Λ为3×3的正定对角矩阵，ρ,γ为正值常数，分别为关于的微分方程，wu,wl的表达式如下：wu＝J-1ργ-1u-uc+A·satv-v+wl＝wu-J-1ργ-1u-uc+A·satv-v式中，函数·+满足对于任意三维向量A＝diaga1,a2,a3；步骤三：设计抗饱和辅助系统和控制输入实现航天器姿态控制结合步骤一中预设性能的航天器姿态模型和步骤二中可变性能函数设计控制输入，具体形式如下： 式中，为反步法的虚拟输入，为反步法的虚拟误差，k1,k2为正值常数，为正定对角矩阵，为抗饱和辅助变量，抗饱和辅助系统方程如下： 式中，μ为正值常数。

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