本文關(guān)鍵詞：編隊(duì)飛行航天器有限時(shí)間協(xié)同控制　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：航天器編隊(duì)飛行具有成本低、可靠性高、靈活性高等優(yōu)點(diǎn),在深空探測(cè)和地球監(jiān)測(cè)等方面有著廣泛的應(yīng)用,是航天技術(shù)中的一個(gè)重要研究方向。分布式協(xié)同控制算法是實(shí)現(xiàn)編隊(duì)飛行的核心技術(shù)和前提保障。本文采用旋轉(zhuǎn)矩陣描述航天器姿態(tài),利用一致性算法、基于行為的控制思想、有限時(shí)間控制策略和代數(shù)圖論對(duì)航天器編隊(duì)飛行的有限時(shí)間分布式姿態(tài)協(xié)同控制和有限時(shí)間分布式姿態(tài)軌道耦合協(xié)同控制進(jìn)行了深入研究,主要內(nèi)容如下:首先,研究了編隊(duì)飛行航天器系統(tǒng)無外部擾動(dòng)時(shí)的有限時(shí)間分布式姿態(tài)協(xié)同控制問題。在通信拓?fù)錇闊o向圖的條件下,利用齊次理論研究了全狀態(tài)反饋有限時(shí)間分布式協(xié)同控制器;在此基礎(chǔ)上引入濾波器,研究了無角速度反饋有限時(shí)間分布式協(xié)同控制器。通過嚴(yán)格的理論證明可以得出,上述兩種協(xié)同控制器可以保證系統(tǒng)是幾乎全局有限時(shí)間穩(wěn)定的。針對(duì)航天器執(zhí)行器存在飽和約束的情況,分別設(shè)計(jì)了抗飽和的全狀態(tài)反饋有限時(shí)間分布式協(xié)同控制器和抗飽和的無角速度反饋有限時(shí)間分布式協(xié)同控制器。所提出的四種有限時(shí)間協(xié)同控制器只要求拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為無向圖,沒有其它附加要求。另外,控制器不包含轉(zhuǎn)動(dòng)慣量信息,對(duì)其具有魯棒性。其次,在編隊(duì)飛行航天器系統(tǒng)存在外部擾動(dòng)、通信拓?fù)錇檫B通的無向圖的條件下,利用終端滑模和自適應(yīng)控制研究了有限時(shí)間分布式姿態(tài)協(xié)同控制問題。針對(duì)系統(tǒng)外部擾動(dòng)的上界已知和未知的兩種情況,分別設(shè)計(jì)了魯棒有限時(shí)間分布式協(xié)同控制器。由于控制器中包含所設(shè)計(jì)的特定終端滑模面,可以保證系統(tǒng)是幾乎全局有限時(shí)間穩(wěn)定的。針對(duì)航天器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在輸出飽和的情況,利用終端滑模、雙曲正切函數(shù)和輔助系統(tǒng),設(shè)計(jì)了抗飽和的有限時(shí)間分布式協(xié)同控制器。這三種控制器都不需要相鄰編隊(duì)成員的控制信息,成功地解決了代數(shù)環(huán)問題,并且降低了無線傳輸?shù)念~外負(fù)擔(dān)。再次,在編隊(duì)飛行航天器系統(tǒng)存在外部擾動(dòng),并且通信拓?fù)錇橛邢驁D的條件下,利用終端滑模、反步法和自適應(yīng)控制研究了有限時(shí)間分布式姿態(tài)協(xié)同控制問題。針對(duì)系統(tǒng)外部擾動(dòng)的上界已知和未知的情況,利用終端滑模和自適應(yīng)控制分別設(shè)計(jì)了有限時(shí)間協(xié)同控制器,然而,由于有向圖約束的復(fù)雜性,此兩種控制器沒有解決代數(shù)環(huán)問題。進(jìn)一步利用反步法、終端滑模和自適應(yīng)控制分別設(shè)計(jì)了有限時(shí)間協(xié)同控制器,成功解決了代數(shù)環(huán)問題,并降低了無線傳輸?shù)念~外負(fù)擔(dān)。最后,在通信拓?fù)錇闊o向圖的條件下,針對(duì)編隊(duì)飛行航天器姿態(tài)軌道耦合系統(tǒng),利用齊次性理論、濾波器、終端滑模和輔助系統(tǒng),研究了有限時(shí)間分布式姿態(tài)軌道耦合協(xié)同控制問題。在系統(tǒng)無外部擾動(dòng)時(shí),利用齊次理論設(shè)計(jì)了全狀態(tài)反饋有限時(shí)間分布式姿態(tài)軌道耦合協(xié)同控制器;在此基礎(chǔ)上引入濾波器,設(shè)計(jì)了輸出反饋有限時(shí)間分布式協(xié)同控制器。所提出的兩種有限時(shí)間協(xié)同控制器只要求拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為無向圖,沒有其它附加要求。通過嚴(yán)格的理論證明可以得出,系統(tǒng)是幾乎全局有限時(shí)間穩(wěn)定的。另外,控制器不包含轉(zhuǎn)動(dòng)慣量信息,對(duì)其具有魯棒性。在編隊(duì)飛行航天器系統(tǒng)有外部擾動(dòng)的條件下,利用終端滑模和輔助系統(tǒng),分別設(shè)計(jì)了魯棒的有限時(shí)間分布式姿態(tài)軌道耦合協(xié)同控制器和抗飽和的有限時(shí)間分布式姿態(tài)軌道耦合協(xié)同控制器,不僅解決了系統(tǒng)受外部擾動(dòng)和執(zhí)行器存在飽和時(shí)的協(xié)同控制問題,而且解決了代數(shù)環(huán)問題,降低了無線傳輸?shù)念~外負(fù)擔(dān)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V448.2
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本文編號(hào)：1314712