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龙图腾网获悉北京理工大学申请的专利一种基于分层滑模的欠驱动绳系组合体消旋控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116788527B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310208114.4，技术领域涉及：B64G4/00；该发明授权一种基于分层滑模的欠驱动绳系组合体消旋控制方法是由单明贺;程亚杰;史玲玲;田强;闫鑫乐设计研发完成，并于2023-03-06向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于分层滑模的欠驱动绳系组合体消旋控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于分层滑模的欠驱动绳系组合体消旋控制方法，适用于柔性绳网捕获空间碎片后形成的组合体系统的位姿控制。考虑空间碎片的动力学参数不确定、目标初始姿态的测量存在误差以及外界干扰力的存在，本发明补充完善了组合体的动力学模型，提出了一种基于分层滑模的组合体姿态控制方法。该方法通过施加在主动控制的服务卫星上的扭矩来稳定整个欠驱动绳系组合体系统，同时为了加快系统的稳定效率，施加径向推进力抑制服务卫星径向方向的摆动。本发明提出的控制方法简化了控制输入参数，仅通过服务卫星的姿态调整便可通过系绳对空间碎片进行消旋。与传统的比例微分控制器相比，本发明中控制方法的控制性能和鲁棒性更优。

本发明授权一种基于分层滑模的欠驱动绳系组合体消旋控制方法在权利要求书中公布了：1.一种基于分层滑模的欠驱动绳系组合体消旋控制方法，其特征在于仅通过服务卫星的姿态调整便可通过系绳对空间碎片进行消旋，从而实现组合体系统的稳定，具体步骤如下： 步骤1：建立绳系组合体动力学模型，补充模型中涉及的多个参数的不确定性描述，并将动力学模型在状态空间中进行表述，包括以下子步骤： 步骤1.1：建立绳系组合体动力学模型 A.服务卫星动力学模型 F+T0＝mSaS1 其中，仅考虑轨道面内的运动，F＝[FxFy]是推进器提供的轨道平面内服务卫星运动方向的推进力，以保证系绳的张紧，T0＝[T0xT0y]是主绳上的张力矢量，aS＝[aSxaSy]是服务卫星的线加速度，mS、JS分别是服务卫星的质量和转动惯量，主系绳在服务卫星上的连接点为O1P0＝[-lS0]，其中lS为服务卫星长度的一半，是将矢量从惯性坐标系转换到服务卫星体坐标系的旋转矩阵，其中θS是服务卫星的转动角度，MC是由服务卫星上的推进器、动量轮等装置提供的扭矩输入； B.空间碎片动力学模型 T1+T2＝mTaT3 其中，T1＝[T1xT1y]，T2＝[T2xT2y]分别是两个子系绳上的张力矢量，aT＝[aTxaTy]是空间碎片的线加速度，mT、JT分别是空间碎片的质量和转动惯量，绳网与空间碎片的连接点分别为O2P1＝[lTwT]，O2P2＝[lT-wT]，其中lT、wT分别是空间碎片长度和宽度的一半，是将矢量从惯性坐标系转换到空间碎片体坐标系的旋转矩阵，其中θT是空间碎片的转动角度； C.系绳动力学模型 其中，k是系绳的刚度，li为各个系绳变形后的长度，li0为各个系绳未变形的自然长度，Δli＝[Δlxi,Δlyi]T是各个系绳的伸长量； 步骤1.2：动力学模型的不确定性描述 A.考虑空间碎片动力学参数的不确定性，得到改进后的动力学方程如下： 其中，δ是用于修正名义惯量系数的边界值； B.考虑空间碎片初始的姿态误差，初始姿态角定义如下： αT＝π4·η7 其中，η为0～1中间的随机数； 初始姿态角变化引起系绳与空间碎片连接点的变动，定义系绳与空间碎片的连接点在惯性坐标系下为： 其中，是将连接点位置矢量从空间碎片体坐标系转换到惯性坐标系的旋转矩阵，设定连接点在惯性坐标系x向坐标为d，计算得到连接点在体坐标系下的位置矢量为： C.考虑空间碎片受到的外界干扰，以高斯噪声D～N0,0.00012N·m来模拟空间碎片所受到的干扰力矩，得到改进后的动力学方程如下： 步骤1.3：动力学模型在状态空间的数学表达为： 其中， f1＝O2P1×R-1θT·T1+O2P2×R-1θT·T2JT， f2＝O1P1×R-1θS·T0JS， u1＝0，u2＝MC，b2＝1Js； 步骤2：设计分层滑模控制方法，包含以下子步骤： 步骤2.1分层滑模面的定义为： 其中，z1，z2为两个子滑模面，s为整体滑模面，c1、c2、α是大于零的权重系数，所期望达到的状态变量值设定为x1d＝x2d＝x3d＝x4d＝0； 步骤2.2滑模趋近律的设计为： dsdt＝-ε·sats+fx1,x2,x3,x412 其中，ε是趋近速率，其他函数的定义如下： 其中，Δ是整体滑模面的滑动边界值； 其中，γ是控制输入的缩放系数，0＜γ＜1； 步骤2.3推导控制律为： 步骤3：设计抑制径向摆动的推进力控制器；包含以下子步骤： 步骤3.1定义位置误差，得到推进力控制律 其中，yS和分别是服务卫星的径向位置和速度，yd和则分别是服务卫星径向位置和速度的期望值； YC＝-k3·e1-k4·e217 其中，k3和k4是数值为正的控制增益，YC是由推进器产生的径向力输入； 步骤3.2推进力控制目标为： 其中，ysb是切换边界，ypb是收敛位置边界。

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