CN111674574B - 深空撞击器的最优分步式分配控制及优化方法、系统 - Google Patents

深空撞击器的最优分步式分配控制及优化方法、系统 Download PDF

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CN111674574B CN202010802782.6A CN202010802782A CN111674574B CN 111674574 B CN111674574 B CN 111674574B CN 202010802782 A CN202010802782 A CN 202010802782A CN 111674574 B CN111674574 B CN 111674574B
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Abstract

本发明属于自主导航与制导控制领域，具体涉及一种深空撞击器的最优分步式分配控制及优化方法、系统，旨在解决现有姿态控制方法由于推力室指令分配状态固定，难以实现最优化姿态控制的问题。本发明方法包括：获取深空撞击器待控制的姿态角；计算深空撞击器的各推力室的角加速度控制矢量，作为第一矢量；结合各第一矢量，计算深空撞击器的姿控装置可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。本发明通过灵活分配深空撞击器各推力室的状态，实现了最优化姿态控制。

Description

深空撞击器的最优分步式分配控制及优化方法、系统
技术领域
本发明属于自主导航与制导控制领域，具体涉及一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法、系统。
背景技术
深空撞击器的姿态控制通过控制算法计算俯仰、偏航与滚转三通道控制指令，将控制指令分配到姿控装置各推力室，打开控制推力室的开关，推力室工作后产生控制力矩来实现姿态控制系统的闭环控制。
传统航天器姿态控制方法一般根据三通道控制指令，对各推力室的控制指令进行规划。当姿控推力室组合情况较多时，由于推力室指令分配状态固定，难以实现最优化控制，对航天器而言会造成工质的浪费。因此，本发明提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制及优化方法。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有姿态控制方法由于推力室指令分配状态固定，难以实现最优化姿态控制的问题，本发明的第一方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，包括以下步骤：
步骤S100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
步骤S200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
步骤S300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
步骤S400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；
步骤S500，选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。
在一些优选的实施方式中，步骤S200中“计算其对应的角加速度控制矢量”，其方法为：
Figure 932051DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 518891DEST_PATH_IMAGE002
为第
Figure 273220DEST_PATH_IMAGE003
个推力室的角加速度控制矢量，
Figure 479073DEST_PATH_IMAGE003
为自然数，表示下标，
Figure 268038DEST_PATH_IMAGE004
为第
Figure 760199DEST_PATH_IMAGE003
个 推力室的固定推力，
Figure 267404DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 808106DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 389260DEST_PATH_IMAGE007
分别表示第
Figure 255585DEST_PATH_IMAGE003
个推力室对俯仰、偏航和滚转三通道 的控制力臂，
Figure 46824DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 656797DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 358036DEST_PATH_IMAGE010
分别表示深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，
Figure 129683DEST_PATH_IMAGE011
表示深空 撞击器推力器的个数，
Figure 673797DEST_PATH_IMAGE012
表示矢量的转置。
在一些优选的实施方式中，步骤S300中“计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量”，其方法为：
Figure 821882DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 377628DEST_PATH_IMAGE014
表示姿控装置
Figure 320176DEST_PATH_IMAGE015
个推力室的第
Figure 758111DEST_PATH_IMAGE016
种组合对应的可实现的角加速度控 制矢量，
Figure 772203DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 244773DEST_PATH_IMAGE018
为自然数，
Figure 561485DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 752295DEST_PATH_IMAGE020
表示深空撞击器姿控装置设定可同 时工作的推力室个数的上限和下限。
在一些优选的实施方式中，步骤S400中“通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度”，其方法为：
Figure 304499DEST_PATH_IMAGE021
其中，
Figure 897154DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 384767DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 531715DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 825293DEST_PATH_IMAGE025
表示待控制的3个姿态角，
Figure 334772DEST_PATH_IMAGE026
表示
Figure 55603DEST_PATH_IMAGE027
对应的投影长度。
本发明的第二方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，包括以下步骤：
步骤A100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
步骤A200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
步骤A300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
步骤A400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；
步骤A500，将各投影长度进行降序排序，并获取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，作为第一长度，并将第一长度对应的推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制；N为正整数。
在一些优选的实施方式中，所述N的取值方法为：
计算投影长度的均值，将大于均值的投影长度的数量作为N；
或将各投影长度进行聚类，并将聚类后均值最大的一类的数量作为N。
本发明的第三方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制优化方法，包括以下步骤：
获取深空撞击器当前姿态控制的精度，若该精度大于设定的阈值，则执行上述第一方面的深空撞击器的最优分步式分配控制方法；否则执行上述第二方面的深空撞击器的最优分步式分配控制方法。
本发明的第四方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制系统，包括：姿态角获取模块、第一矢量获取模块、第二矢量获取模块、投影长度计算模块和第一开关指令分配模块；
所述姿态角获取模块，配置为获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
所述第一矢量获取模块，配置为对深空撞击器的各推力室，基于其的固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
所述第二矢量获取模块，配置为对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
所述投影长度计算模块，配置为结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；
所述第一开关指令分配模块，配置为选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。
本发明的第五方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制系统，包括姿态角获取模块、第一矢量获取模块、第二矢量获取模块和投影长度计算模块和第二开关指令分配模块；
所述姿态角获取模块，配置为获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
所述第一矢量获取模块，配置为对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
所述第二矢量获取模块，配置为对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
所述投影长度计算模块，配置为结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；
所述第二开关指令分配模块，配置为将各投影长度进行降序排序，并获取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，作为第一长度，并将第一长度对应的推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制；N为正整数。
本发明的第六方面，提出了一种深空撞击器的最优分步式分配控制优化系统，该系统包括：精度判断模块；
所述精度判断模块，配置为获取深空撞击器当前姿态控制的精度，若该精度大于设定的阈值，则通过上述第四方面所述的深空撞击器的最优分步式分配控制系统进行深空撞击器的最优分步式分配控制；否则通过上述第五方面所述的深空撞击器的最优分步式分配控制系统进行深空撞击器的最优分步式分配控制。
本发明的有益效果：
本发明通过灵活分配深空撞击器各推力室的状态，实现了最优化姿态控制。本发明基于各推力室的推力，计算其对应的角速度控制矢量，并结合姿控装置可同时工作的推力室个数的上限和下限，得到姿控装置可实现的控制矢量。将推力室可实现控制矢量投影到姿态角指令矢量方向，选取投影长度最长的矢量方向，确定推力室开关指令，实时根据算法切换推力室开关指令，实现深空撞击器的最优分步式分配控制，并保证航天器飞行过程中推力室控制效率最优。
同时，本发明选取前N个的投影长度中推力室数量最少的组合，确定推力室的开关指令。这样一方面确保了推力室的控制效率，另一方面减少撞击器燃料的使用，提高了深空撞击器的续航能力。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明第一实施例的深空撞击器的最优分步式分配控制方法的流程示意图；
图2是本发明第四实施例的深空撞击器的最优分步式分配控制系统的框架示意图；
图3是本发明第二实施例的深空撞击器的最优分步式分配控制方法的流程示意图；
图4是本发明第五实施例的深空撞击器的最优分步式分配控制系统的框架示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明第一实施例的一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
步骤S200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
步骤S300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
步骤S400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；
步骤S500，选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。
为了更清晰地对本发明深空撞击器的最优分步式分配控制方法进行说明，下面结合附图对本发明第一实施例中各步骤进行展开详述。
步骤S100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
在本实施例中，首先获取深空撞击器姿态控制需求的姿态角矢量，即待控制的姿 态角，表示为
Figure 158688DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 990378DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 366082DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 257815DEST_PATH_IMAGE025
表示待控制的3个姿态角矢量。
步骤S200，对深空撞击器的各推力室，基于其的固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
在本实施例中，根据各推力室的参数计算单个推力室产生的控制矢量，即角加速度控制矢量。具体如下：
假设深空撞击器有
Figure 582617DEST_PATH_IMAGE011
个推力室，则基于各推力室的的固定推力，结合各推力室对 俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，通过式 （1）计算各推力室的角加速度控制矢量，作为第一矢量。
Figure 952418DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，
Figure 374172DEST_PATH_IMAGE004
为第
Figure 499123DEST_PATH_IMAGE003
个推力室的固定推力，单位：牛顿；
Figure 373538DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 484714DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 760974DEST_PATH_IMAGE007
为第
Figure 56826DEST_PATH_IMAGE003
个推 力室对俯仰、偏航与滚转三通道的控制力臂，单位：米；
Figure 418537DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 333404DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 464171DEST_PATH_IMAGE010
分别为深空撞击器绕 弹体系三个轴的转动惯量，单位：千克·米2；
Figure 196504DEST_PATH_IMAGE002
为第
Figure 779932DEST_PATH_IMAGE003
个推力室的角加速度控制矢量，
Figure 295227DEST_PATH_IMAGE011
表示深空撞击器推力器的个数，
Figure 483762DEST_PATH_IMAGE012
表示矢量的转置。
步骤S300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
在本实施例中，根据深空撞击器姿控装置可用推力室数量，将单个推力室产生的控制矢量进行合成，计算可实现的控制矢量，作为第二矢量。具体如下：
设姿控装置可同时工作的推力室个数范围为
Figure 59100DEST_PATH_IMAGE030
，其中，
Figure 192141DEST_PATH_IMAGE020
为可同时工作推 力室个数的下限，
Figure 511127DEST_PATH_IMAGE011
为可同时工作推力室个数的上限（本实施例中姿控装置可同时工作推 力室的上限设置为深空撞击器推力室的总个数）。则可实现的角加速度控制矢量如式（2）所 示：
Figure 554170DEST_PATH_IMAGE031
（2）
其中，
Figure 300409DEST_PATH_IMAGE032
表示姿控装置
Figure 186325DEST_PATH_IMAGE015
个推力室的第
Figure 43423DEST_PATH_IMAGE016
种组合对应的可实现的角加速度控制 矢量，
Figure 206551DEST_PATH_IMAGE016
为自然数，
Figure 123691DEST_PATH_IMAGE033
，例如j=2，表示分别将姿控装置两两推力室的角 加速度控制矢量
Figure 231324DEST_PATH_IMAGE002
相加后的得到的可实现的角加速度控制矢量，
Figure 892113DEST_PATH_IMAGE034
则表示姿控装置中 两个推力室第一种组合的角加速度控制矢量相加后的可实现的角加速度控制矢量。
步骤S400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；
在本实施例中，设可实现的角加速度控制矢量构建的矢量集，共有
Figure 909748DEST_PATH_IMAGE035
个矢量，将可 实现的控制矢量投影到指令矢量方向。具体如下：
基于各第二矢量，结合姿态控制需求的矢量，即步骤S100获取的姿态角，通过式（3）计算各第二矢量投影到指令矢量方向（即姿态控制需求的姿态角的指令矢量方向）的投影长度：
Figure 997789DEST_PATH_IMAGE036
（3）
其中，
Figure 592719DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 57198DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 929339DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 188282DEST_PATH_IMAGE025
表示待控制的3个姿态角，
Figure 942612DEST_PATH_IMAGE026
表示
Figure 538678DEST_PATH_IMAGE032
对应的投影长度。
步骤S500，选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。
在本实施例中，选择控制矢量，分配推力室指令。具体如下：
将最大投影长度对应的第二矢量作为可确定控制矢量，并根据式（2）进行反推，得知通过哪些推力室的角加速度控制矢量相加可计算得到可确定控制矢量，便可确定这些推力室的开关指令，即将这些推力室的开关打开，实现深空撞击器的姿态控制。
另外，若选取最大的投影长度对应第二矢量的推力室组合有多种，则开启组合中推力室数量最少的，既实现了最优控制，又最大程度的减少燃料的耗损。
本发明第二实施例的一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤A100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
步骤A200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
步骤A300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
步骤A400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；
步骤A500，将各投影长度进行降序排序，并获取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，作为第一长度，并将第一长度对应的推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制；N为正整数；
在本实施例中，考虑深空撞击器姿态控制精度的同时，也避免因高精度控制导致深空撞击器的续航能力不足，因此对获取的投影长度进行筛选，选取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，将该投影长度对应的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制，这样即确保了精度，另一方面也能保证深空撞击器的续航能力。
其中，N的选取方法为：
计算投影长度的均值，将大于均值的投影长度的数量作为N；
或将各投影长度进行聚类，并将聚类后均值最大的一类的数量作为N。本发明中，聚类方法优选设置为K均值聚类，在其他实施例中，可以选取其他的聚类方法。
本发明第三实施例的一种深空撞击器的最优分步式分配控制优化方法，包括以下步骤：
获取深空撞击器当前姿态控制的精度，若该精度大于设定的阈值，则执行上述第一实施例的深空撞击器的最优分步式分配控制方法；否则执行上述第二实施例的深空撞击器的最优分步式分配控制方法；
在本实施例中，为了进一步保证深空撞击器的姿态控制精度以及续航能力，将姿态控制分为两个方面，即根据当前姿态控制的精度要求，当要求高精度姿态控制时（即当前姿态控制要求的精度大于设定的阈值（即精度阈值）），则利用第一实施例的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，保证深空撞击器飞行过程中推力室控制效率最优；当要求的姿态控制的精度较低时，在保证姿态控制精度的同时，执行第二实施例的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，提高续航能力。
本发明第四实施例的一种深空撞击器的最优分步式分配控制系统，如图2所示，包括：姿态角获取模块100、第一矢量获取模块200、第二矢量获取模块300、投影长度计算模块400和第一开关指令分配模块500；
所述姿态角获取模块100，配置为获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
所述第一矢量获取模块200，配置为对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
所述第二矢量获取模块300，配置为对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
所述投影长度计算模块400，配置为结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；
所述第一开关指令分配模块500，配置为选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。
本发明的第五实施例的一种深空撞击器的最优分步式分配控制系统，如图4所示，包括姿态角获取模块100、第一矢量获取模块200、第二矢量获取模块300、投影长度计算模块400和第二开关指令分配模块510；
所述姿态角获取模块100，配置为获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
所述第一矢量获取模块200，配置为对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算其对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
所述第二矢量获取模块300，配置为对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
所述投影长度计算模块400，配置为结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到指令矢量方向的投影长度；
所述第二开关指令分配模块510，配置为将各投影长度进行降序排序，并获取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，作为第一长度，并将第一长度对应的推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制；N为正整数。
本发明的第六实施例的一种深空撞击器的最优分步式分配控制优化系统，该系统包括：精度判断模块；
所述精度判断模块，配置为获取深空撞击器当前姿态控制的精度，若该精度大于设定的阈值，则通过上述第四实施例所述的深空撞击器的最优分步式分配控制系统进行深空撞击器的最优分步式分配控制；否则通过上述第五实施例所述的深空撞击器的最优分步式分配控制系统进行深空撞击器的最优分步式分配控制。
所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体的工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的深空撞击器的最优分步式分配控制及优化系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
步骤S200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算深空撞击器的各推力室对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
步骤S300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算深空撞击器的姿控装置各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
步骤S400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到所述待控制的姿态角对应的控制指令矢量方向的投影长度；
步骤S500，选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。
2.根据权利要求1所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，步骤S200中“计算其对应的角加速度控制矢量”，其方法为：
Figure 990336DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE003
个推力室的角加速度控制矢量，
Figure 407542DEST_PATH_IMAGE003
为自然数，表示下标，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为第
Figure 313182DEST_PATH_IMAGE003
个推力室 的固定推力，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_IMAGE007
分别表示第
Figure 550259DEST_PATH_IMAGE003
个推力室对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure DEST_PATH_IMAGE010
分别表示深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示深空撞击器推力器的个 数，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示矢量的转置。
3.根据权利要求2所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，步骤S300中“计算其各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量”，其方法为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示姿控装置
Figure DEST_PATH_IMAGE015
个推力室的第
Figure DEST_PATH_IMAGE016
种组合对应的可实现的角加速度控制矢量，
Figure 481437DEST_PATH_IMAGE016
为自然数，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 549887DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure DEST_PATH_IMAGE018
表示深空撞击器姿控装置设定可同时工作的推力 室个数的上限和下限。
4.根据权利要求3所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，步骤S400中“通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到所述待控制的姿态角对应的控制指令矢量方向的投影长度”，其方法为：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 564111DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示待控制的3个姿态角，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
表示
Figure 288484DEST_PATH_IMAGE014
对应的投 影长度。
5.一种深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A100，获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
步骤A200，对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算深空撞击器的各推力室对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
步骤A300，对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算深空撞击器的姿控装置各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
步骤A400，结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到所述待控制的姿态角对应的控制指令矢量方向的投影长度；
步骤A500，将各投影长度进行降序排序，并获取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，作为第一长度，并将第一长度对应的推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制；N为正整数。
6.根据权利要求5所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法，其特征在于，所述N的取值方法为：
计算投影长度的均值，将大于均值的投影长度的数量作为N；
或将各投影长度进行聚类，并将聚类后均值最大的一类的数量作为N。
7.一种深空撞击器的最优分步式分配控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取深空撞击器当前姿态控制的精度，若该精度大于设定的阈值，则执行权利要求1-4任一项所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法；否则执行权利要求5-6任一项所述的深空撞击器的最优分步式分配控制方法。
8.一种深空撞击器的最优分步式分配控制系统，其特征在于，包括：姿态角获取模块、第一矢量获取模块、第二矢量获取模块、投影长度计算模块和第一开关指令分配模块；
所述姿态角获取模块，配置为获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
所述第一矢量获取模块，配置为对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算深空撞击器的各推力室对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
所述第二矢量获取模块，配置为对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算深空撞击器的姿控装置各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
所述投影长度计算模块，配置为结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到所述待控制的姿态角对应的控制指令矢量方向的投影长度；
所述第一开关指令分配模块，配置为选取最大的投影长度对应的第二矢量，并将该第二矢量对应的推力室组合中的各推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制。
9.一种深空撞击器的最优分步式分配控制系统，其特征在于，该系统包括姿态角获取模块、第一矢量获取模块、第二矢量获取模块、投影长度计算模块和第二开关指令分配模块；
所述姿态角获取模块，配置为获取深空撞击器待控制的姿态角，作为输入数据；
所述第一矢量获取模块，配置为对深空撞击器的各推力室，基于其固定推力、其对俯仰、偏航和滚转三通道的控制力臂，结合深空撞击器绕弹体系三个轴的转动惯量，计算深空撞击器的各推力室对应的角加速度控制矢量，作为第一矢量；
所述第二矢量获取模块，配置为对深空撞击器的姿控装置，基于其设定可同时工作的推力室个数的上限和下限，结合各第一矢量，计算深空撞击器的姿控装置各推力室组合后可实现的角加速度控制矢量，作为第二矢量；
所述投影长度计算模块，配置为结合所述输入数据，通过预设的第一方法计算各第二矢量投影到所述待控制的姿态角对应的控制指令矢量方向的投影长度；
所述第二开关指令分配模块，配置为将各投影长度进行降序排序，并获取前N个投影长度中对应推力室数量最少的投影长度，作为第一长度，并将第一长度对应的推力室的开关打开，以实现深空撞击器的姿态控制；N为正整数。
10.一种深空撞击器的最优分步式分配控制优化系统，其特征在于，该系统包括：精度判断模块；
所述精度判断模块，配置为获取深空撞击器当前姿态控制的精度，若该精度大于设定的阈值，则通过权利要求8所述的深空撞击器的最优分步式分配控制系统进行深空撞击器的最优分步式分配控制；否则通过权利要求9所述的深空撞击器的最优分步式分配控制系统进行深空撞击器的最优分步式分配控制。
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