CN111439394A - 一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，采用加速度计接入控制回路实时测量星体加速度，通过预估加速度计漂移补偿参数，控制过程动态获取推力器标定系数，实现编队控制量动态反馈与修正，不受执行机构配置条件限制，同时能够在星上自主实现，解决了现有技术中难以实现在不同构形尺度及控制任务工况条件下的编队卫星高精度控制问题，更贴合工程实际，适用范围更广。

Description

一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，属于卫星编队控制技术领域。
背景技术
随着卫星编队飞行技术在对地观测与天文观测等领域逐步转向工程应用，编队控制的工程技术体系逐步细化深入。由于任务需求提升，编队控制精度要求越来越高，同时编队构形的几何尺度从数公里到数百米变化大。为了保证在大范围尺度以及大控制量条件下能够同样实现高精度编队控制，因而有必要在现有工程能力基础前提下设计简易且行之有效的高精度编队控制方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，难以实现在大范围及构形条件下的编队卫星高精度控制的问题，提出了一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，步骤如下：
(1)根据控制策略计算编队控制的控制量，所述编队控制的控制量包括速度增量Δvc、喷气时长Lt、喷气起始时刻Tp，根据喷气起始时刻前一段时间直至Tp时刻的加速度计测量数据计算加速度计漂移补偿参数；
(2)预设指令拆分系数，根据指令拆分系数对编队控制喷气指令进行拆分，得到两个编队控制指令；
(3)执行步骤(2)所得拆分后第一个编队控制指令，执行完成后根据加速度计的测量结果自主计算第一个编队控制指令对应的实际速度增量Δvr1及推力器效率系数K；
(4)根据步骤(3)中计算得到的推力器效率系数K对第二个编队控制指令的喷气时长进行修正，并根据修正后喷气时长继续执行编队控制指令，完成编队卫星控制。
所述步骤(1)中，根据喷气起始时刻前一段时间直至Tp时刻的加速度计测量数据计算加速度计漂移补偿参数的计算公式为：
b＝ΔvIMU/TIMU
式中，b为加速度计漂移补偿参数，TIMU为加速度组合输出积分时间，此处指从Tp前一段时间到Tp时刻的时间间隔，ΔvIMU为在TIMU内加速度计组合输出的速度增量。
所述步骤(2)中，所述指令拆分系数c根据加速度计测量精度与推力器精度确定，拆分获取的编队控制指令，第一个指令在执行过程中利用加速度计组合实时测量，执行结束后通过实际测量得到的速度增量与理论计算值进行比较，得到推力器实际效率，在第二个指令执行过程中引入得到的推力器效率重新计算指令时长，确保两个指令总的速度增量与理论速度增量相等，提高控制精度，推力器精度较差或加速度计组合测量精度较高时拆分系数较小，反之推力器精度好或加速度计组合测量精度较低时拆分系数较大，其中，编队指令时长及速度增量拆分方法如下：
Lt1＝c*Lt；Lt2＝(1-c)*Lt
Δvc1＝c*Δvc；Δvc2＝(1-c)*Δvc
式中，Lt1为第一次控制指令时长，Lt2为第二次控制指令时长，Δvc1为第一次控制理论速度增量，Δvc2为第二次控制理论速度增量。
所述步骤(3)中，根据加速度计组合测量结果计算编队卫星在第一次控制过程中的实际速度增量Δvr1及推力器效率系数K的方法具体为：
Δvr1＝Δv1IMU-bLt1
K＝Δvr1/Δvc1
式中，Δv1IMU为在Lt1时间段内加速度计组合测量结果。
所述步骤(4)中，对编队执行控制指令的指令时长进行修正的具体方法为：
Lt2c＝Lt1/K-Lt1+Lt2/K
式中，Lt2c为修正后的编队执行控制指令时长。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，采用加速度计接入控制回路实时测量星体加速度，通过预估漂移补偿参数，控制过程动态获取推力器标定系数，实现动态反馈与修正，不受执行机构配置条件限制，同时能够在星上自主实现，在编队卫星接收到控制命令后自主执行，避免编队控制受制于几何构形尺度约束，同时能够在编队控制过程中引入实际状态反馈，对控制时长进行修正，更贴合工程实际，适用范围更广。
附图说明
图1为发明提供的编队控制方法流程示意图；
具体实施方式
一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，采用加速度计组合接入控制回路实时测量星体加速度，根据加速度计组合测量精度与推力器精度确定设定指令拆分系数实现对编队卫星控制指令的拆分，在编队控制前预估加速度计组合漂移补偿系数，在控制过程中通过加速度计组合实时测量速度增量对拆分后的指令时长进行修正，根据修正后时长继续执行以完成编队卫星控制，如图1所示，具体步骤包括：
(1)编队卫星根据相对导航结果计算控制策略以及控制指令，包括速度增量Δvc、喷气时长Lt、喷气起始时刻Tp。根据Tp前一段时间到Tp时刻的加速度计测量数据计算加速度计漂移补偿参数b，其中：
加速度计漂移补偿参数的计算公式为：
b＝ΔvIMU/TIMU
式中，b为加速度计组合漂移补偿参数，TIMU为加速度组合输出积分时间，此处指从Tp前一段时间到Tp时刻的时间间隔，ΔvIMU为在TIMU内加速度计组合输出的速度增量；
(2)根据加速度计测量精度与推力器精度确定指令拆分系数c，将原有编队控制喷气指令拆分为两个指令，第一个编队控制指令在执行过程中利用加速度计组合实时测量，执行结束后通过实际测量得到的速度增量与理论计算值进行比较，得到推力器实际效率，在第二个编队控制指令执行过程中引入得到的推力器效率重新计算指令时长，确保两个指令总的速度增量与理论速度增量相等，提高控制精度，推力器精度较差或加速度计组合测量精度较高时拆分系数较小，反之推力器精度好或加速度计测量精度较低时拆分系数较大。
编队控制指令时长拆分方法如下：
Lt1＝c*Lt；Lt2＝(1-c)*Lt
Δvc1＝c*Δvc；Δvc2＝(1-c)*Δvc
式中，Lt1为第一次控制指令时长，Lt2为第二次控制指令时长，Δvc1为第一次控制理论速度增量，Δvc2为第二次控制理论速度增量；
(3)执行步骤(2)所得拆分后第一个编队控制指令，执行完成后根据加速度计的测量结果自主计算第一个编队控制指令对应的际速度增量Δvr1及推力器效率系数K，其中：
第一次控制过程中的实际速度增量Δvr1及推力器效率系数K的计算方法具体为：
Δvr1＝Δv1IMU-bLt1
K＝Δvr1/Δvc1
式中，Δv1IMU为在Lt1时间段内加速度计的测量结果；
(4)根据步骤(3)中计算得到的效率系数K对第二个编队控制指令的喷气时长进行修正，并的根据修正后时长继续执行编队控制指令，完成编队卫星控制，即将第一个控制指令的实际控制效果引入状态反馈，进行控制效果及时修正，确保实际控制量与理论控制量相等，从而提升控制精度，其中：
对编队执行控制指令的指令时长进行修正的具体方法为：
Lt2c＝Lt1/K-Lt1+Lt2/K
式中，Lt2c为修正后的编队执行控制指令时长。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
在本实施例中，首先根据推力器控制精度与加速度计测量精度设定指令拆分系数为0.8，同时设定于喷气时刻前600S时进行步骤(1)的计算，当编队卫星收到编队控制指令：Δvc为0.01m/s，对应Lt为100s，Tp为2020年1月1日0时30分0秒，采集从0时20分0秒到0时30分0秒时间段内的加速度计组合速度增量为0.003m/s，计算可得加速度计漂移补偿参数b等于0.000005m/s2，对指令进行拆分后，可得第一次编队控制Δvc1为0.008m/s，Lt1为80s，第二次编队控制Δvc2为0.002m/s，Lt2为20s。在第一次控制结束后加速度计测量结果为0.007m/s，则计算第一次控制实际速度增量Δvr1为0.0066m/s，推力器效率系数K为0.825，最后对第二次控制指令时长进行修正获取修正后编队执行控制指令时长Lt2c为41.2s，根据修正后指令时长完成编队卫星的控制，最终达到理论速度增量Δvc为0.01m/s要求，提高了编队控制精度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，其特征在于步骤如下：
(1)根据控制策略计算编队控制的控制量，所述编队控制的控制量包括速度增量Δvc、喷气时长Lt、喷气起始时刻Tp，根据喷气起始时刻前一段时间直至Tp时刻的加速度计测量数据计算加速度计漂移补偿参数；
(2)预设指令拆分系数，根据指令拆分系数对编队控制喷气指令进行拆分，得到两个编队控制指令；
(3)执行步骤(2)所得拆分后第一个编队控制指令，执行完成后根据加速度计的测量结果自主计算第一个编队控制指令对应的实际速度增量Δvr1及推力器效率系数K；
(4)根据步骤(3)中计算得到的推力器效率系数K对第二个编队控制指令的喷气时长进行修正，并根据修正后喷气时长继续执行编队控制指令，完成编队卫星控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，根据喷气起始时刻前一段时间直至Tp时刻的加速度计测量数据计算加速度计漂移补偿参数的计算公式为：
b＝ΔvIMU/TIMU
式中，b为加速度计漂移补偿参数，TIMU为加速度组合输出积分时间，此处指从Tp前一段时间到Tp时刻的时间间隔，ΔvIMU为在TIMU内加速度计组合输出的速度增量。
3.根据权利要求1所述的一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述指令拆分系数c根据加速度计测量精度与推力器精度确定，拆分获取的编队控制指令，第一个指令在执行过程中利用加速度计组合实时测量，执行结束后通过实际测量得到的速度增量与理论计算值进行比较，得到推力器实际效率，在第二个指令执行过程中引入得到的推力器效率重新计算指令时长，确保两个指令总的速度增量与理论速度增量相等，提高控制精度，推力器精度较差或加速度计组合测量精度较高时拆分系数较小，反之推力器精度好或加速度计组合测量精度较低时拆分系数较大，其中，编队指令时长及速度增量拆分方法如下：
Lt1＝c*Lt；Lt2＝(1-c)*Lt
Δvc1＝c*Δvc；Δvc2＝(1-c)*Δvc
式中，Lt1为第一次控制指令时长，Lt2为第二次控制指令时长，Δvc1为第一次控制理论速度增量，Δvc2为第二次控制理论速度增量。
4.根据权利要求1所述的一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中，根据加速度计组合测量结果计算编队卫星在第一次控制过程中的实际速度增量Δvr1及推力器效率系数K的方法具体为：
Δvr1＝Δv1IMU-bLt1
K＝Δvr1/Δvc1
式中，Δv1IMU为在Lt1时间段内加速度计组合测量结果。
5.根据权利要求1所述的一种基于加速度计组合的高精度编队控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中，对编队执行控制指令的指令时长进行修正的具体方法为：
Lt2c＝Lt1/K-Lt1+Lt2/K
式中，Lt2c为修正后的编队执行控制指令时长。
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