卫星编队分布式协同跟踪与构型保持控制

发布时间：2017-09-12 00:09

  本文关键词：卫星编队分布式协同跟踪与构型保持控制

  更多相关文章： 卫星编队控制 分布式跟踪控制 有限时间控制 通讯时延 削弱抖振

【摘要】：随着航天技术的发展,卫星的有效载荷不断增加,因此卫星的体积和成本也随之增高。通过多颗微小型卫星形成编队的协同工作,可完成很多单颗大型卫星可以完成甚至很难完成的任务。卫星编队可降低对卫星进行研制和维护的成本,提高系统可靠性。多星高精度协同编队控制已成为当前研究的热点,本文将在总结现有研究成果的基础上,基于有向通讯拓扑和Lyapunov理论,考虑外界干扰与模型不确定性,针对领航星状态部分可知并且运动状态为动态的情形,对卫星编队的相对轨道分布式协同跟踪及构型保持控制方法进行深入研究,主要内容如下:为了提高卫星编队的相对轨道控制的收敛速度与鲁棒性等性能要求,针对建立的跟随星与领航星的相对轨道动力学模型,设计三种分布式协同跟踪与构型保持控制算法:1)基于非奇异快速终端滑模,设计一种分布式有限时间跟踪与构型保持控制算法,在实现控制不发生奇异的同时,提高收敛速度并增强系统的鲁棒性。2)为了有效削弱滑模控制引起的抖振问题,基于相同的滑模控制参数,通过引入中间变量,设计一种具有削弱抖振特性的分布式渐近跟踪与构型保持控制算法,使符号函数包含在控制律导数项中,通过积分运算得出的控制量可降低抖振频率,起到削弱抖振作用。3)为了进一步提高上一算法的收敛速度,通过引入有限时间高阶滑模面,提出一种具有削弱抖振特性的分布式有限时间跟踪与构型保持控制算法;进一步地,针对具有干扰上界信息未知等约束,设计一种自适应估计律进行估计与补偿,在实现削弱抖振的同时,收敛速度显著提高。在跟随星对领航星的动态跟踪过程中,考虑通讯时延对协同跟踪控制性能的影响,提出两种含通讯时延的协同跟踪与构型保持控制算法:1)为了对模型不确定性以及外界干扰进行实时估计,通过神经网络进行非线性逼近,逼近残差上界通过设计自适应估计律进行补偿,提出一种基于神经网络的控制算法,分别针对领航星为动态、静态以及具有常值速度等三种情形进行跟踪性能的分析,并对具有常值速度的情形设计一种时延补偿算法。2)为了提高系统的动态响应过程以及稳态性能,采用神经网络与自适应控制律对干扰进行补偿的同时,增加实际编队中存在的同步误差约束限制,通过设计关于误差函数与误差约束的辅助变量,提出一种考虑通讯时延及误差约束的有限时间跟踪与构型保持控制算法,实现对动态领航星的跟踪,提高收敛速度。
【关键词】：卫星编队控制 分布式跟踪控制 有限时间控制 通讯时延 削弱抖振
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-21
• 1.1 研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-18
• 1.2.1 国外编队飞行任务9-10
• 1.2.2 国内编队飞行任务10-12
• 1.2.3 卫星编队控制方法研究12-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-21
• 第2章 卫星编队相对轨道运动建模及相关预备知识21-26
• 2.1 图论基础21-22
• 2.2 卫星编队相对轨道运动动力学模型22-24
• 2.3 神经网络基础24
• 2.4 非线性系统稳定性理论24-25
• 2.5 其他相关引理25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 考虑控制抖振的协同跟踪与构型保持控制26-55
• 3.1 引言26-27
• 3.2 分布式有限时间控制27-37
• 3.2.1 控制器设计与分析27-29
• 3.2.2 仿真分析29-37
• 3.3 具有削弱抖振特性的分布式渐近控制37-45
• 3.3.1 控制器设计与分析37-40
• 3.3.2 仿真分析40-45
• 3.4 具有削弱抖振特性的分布式自适应有限时间控制45-54
• 3.4.1 控制器设计与分析45-48
• 3.4.2 仿真分析48-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 考虑通讯时延的有限时间分布式协同跟踪与构型保持控制55-83
• 4.1 引言55-56
• 4.2 基于神经网络的有限时间控制56-72
• 4.2.1 控制器设计与分析56-60
• 4.2.2 仿真分析60-72
• 4.3 考虑同步误差约束的有限时间控制72-82
• 4.3.1 控制器设计与分析72-75
• 4.3.2 仿真分析75-82
• 4.4 本章小结82-83
• 结论83-85
• 参考文献85-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果91-93
• 致谢93

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本文编号：833879