發(fā)布時間：2020-03-27 00:19

【摘要】：近年來,越來越多的學(xué)者針對多航天器姿態(tài)協(xié)同控制展開研究。由于航天器攜帶的星間通訊設(shè)備性能有限、星間距離過遠(yuǎn)等因素的影響,航天器間通訊往往存在星間通訊帶寬不足問題。此外,由于系統(tǒng)模型不確定、外界干擾等不利因素的影響,使得航天器姿態(tài)協(xié)同控制難以取得令人滿意的控制精度。因此,本文研究了存在航天器間通訊受限、系統(tǒng)參數(shù)不確定性及外部擾動情況下的航天器姿態(tài)協(xié)同控制方法。論文的主要內(nèi)容如下:首先,基于事件觸發(fā)方法,設(shè)計(jì)了星間通訊拓?fù)錇闊o向的航天器姿態(tài)協(xié)同控制策略。在該策略中,只有當(dāng)前系統(tǒng)的事件觸發(fā)誤差大于預(yù)設(shè)定閾值時,航天器才向相鄰航天器發(fā)送自身的狀態(tài)信息,期間相鄰航天器姿態(tài)協(xié)同控制器用零階保持器即可,以避免非必要通訊,減少星間通訊負(fù)擔(dān)。在此基礎(chǔ)上,又進(jìn)一步考慮了系統(tǒng)模型參數(shù)不確定和外界干擾的影響。利用姿態(tài)誤差四元數(shù)和姿態(tài)誤差角速度構(gòu)造滑模變量,并以滑模變量設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)姿態(tài)協(xié)同控制律對系統(tǒng)模型參數(shù)不確定和外界干擾進(jìn)行彌補(bǔ),同時還保證航天器系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)同地追蹤期望姿態(tài)軌跡。通過Lyapunov穩(wěn)定性理論證明這兩種控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并在數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證了這兩種姿態(tài)協(xié)同控制策略的性能。仿真結(jié)果表明相較于傳統(tǒng)的時間采樣通訊方式,事件觸發(fā)方法可以大幅減少通訊頻率,減輕通訊負(fù)擔(dān)。然后,基于量化方法,設(shè)計(jì)了星間通訊拓?fù)錇闊o向的航天器姿態(tài)協(xié)同控制策略。在該策略中,只有當(dāng)前系統(tǒng)的量化值與上一時刻的量化值發(fā)生改變時,航天器才向相鄰航天器發(fā)送自身的量化信息,期間用零階保持器即可。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考慮了系統(tǒng)模型參數(shù)不確定和外界干擾的影響,設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)姿態(tài)協(xié)同控制律,保證航天器系統(tǒng)狀態(tài)協(xié)同地追蹤期望姿態(tài)軌跡。通過Lyapunov穩(wěn)定性理論證明這兩種控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并在數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證了這兩種姿態(tài)協(xié)同控制策略的性能,而且仿真結(jié)果表明相較于傳統(tǒng)的時間采樣通訊方式,量化方法可以大幅減少通訊頻率,減輕通訊負(fù)擔(dān)。
【圖文】：

圖1-1. Cluster Ⅱ計(jì)劃衛(wèi)星編隊(duì)示意圖.2.1.2. Tan DEM-X/Terra SAR-X 編隊(duì)任務(wù)anDEM-X 是由 EADSAstrium 公司與德國宇航中心（DLR）聯(lián)合開發(fā)， 21 日成功發(fā)射。如圖 1-2 所示，該衛(wèi)星與 2007 年升空的 TerraSAR星近距離編隊(duì)，兩顆衛(wèi)星的距離控制在 250m 到 500m 之間。TanDEAR-X 協(xié)同工作，通過采用合成孔徑雷達(dá)技術(shù)來測量地球大陸塊高度度的地球大陸塊的數(shù)字高度模型。TanDEM-X/TerraSAR-X 編隊(duì)任務(wù)于，能生成世界范圍、連續(xù)的和同類的地形模型，不會因地區(qū)或國家，也不會因?yàn)闇y量方法不同提供不同類的模型。而且這項(xiàng)世界上獨(dú)一了科學(xué)應(yīng)用，還可以被用于其他項(xiàng)目，如：基于衛(wèi)星的危機(jī)信息中心（境安全監(jiān)視（GMES）和地球綜合觀測系統(tǒng)（GEOSS）。TanDEM-X/Ter任務(wù)維護(hù)并擴(kuò)展德國在基于衛(wèi)星的雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域的能力和競爭力。

圖1-2. Tan DEM-X/Terra SAR-X 雙星編隊(duì)示意圖天器協(xié)同控制算法研究現(xiàn)狀近幾年，研究人員提出很多種航天器姿態(tài)協(xié)同控制方法。概括地說，制策略按照通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方案產(chǎn)生的空間位置可以簡單分為 分布式[5][5]。對于集中式控制策略而言，，往往存在一個中心航天器/這個中心航天器/虛擬航天器是編隊(duì)中其他航天器的通訊中心，而且天器間沒有通訊鏈路。中心航天器/虛擬航天器用自身和編隊(duì)中其他信息來決定自己的控制信號，而其他航天器往往只依靠自身和中心航天器的狀態(tài)信息來決定自己的控制信號。分布式控制策略沒有中心個航天器都與其相鄰的航天器存在通訊鏈路，且每一個航天器依據(jù)自器的狀態(tài)信息來決定自身的控制策略。實(shí)際上，也有集中式和分布式制策略，只是這種控制策略更加復(fù)雜。中式控制策略相比，分布式控制策略具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 容錯性強(qiáng)：在集中式控制策略中，中心航天器出現(xiàn)故障將會影響整個行。但是在分布式控制策略中，部分航天器失效一般不會影響整個編
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V448.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 胡慶雷;周稼康;馬廣富;;無需角速度的含通信時延衛(wèi)星編隊(duì)飛行自適應(yīng)姿態(tài)協(xié)同跟蹤控制[J];自動化學(xué)報(bào);2012年03期

2 劉豪;梁巍;;美國國防高級研究計(jì)劃局F6項(xiàng)目發(fā)展研究[J];航天器工程;2010年02期

3 閔穎穎;劉允剛;;Barbalat引理及其在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2007年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 周稼康;航天器編隊(duì)飛行分布式協(xié)同控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 解延浩;星間通信受限航天器姿態(tài)協(xié)同控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 傅敬博;通訊受限條件下航天器編隊(duì)姿態(tài)協(xié)同控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 龍雨強(qiáng);基于事件觸發(fā)的量化反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

本文編號：2602164