【技术实现步骤摘要】
基于分布式状态观测器的航天器编队预设时间预设精度的姿态协同控制方法及其控制系统
[0001]本专利技术属于航天领域,具体涉及一种基于分布式状态观测器的航天器编队预设时间预设精度的姿态协同控制方法及其控制系统
。
技术介绍
[0002]一组小卫星编队可以完成单颗大卫星难以完成的复杂任务,在过去的二十年里,基于图论的航天器编队的姿态协同控制问题因其广泛的潜在应用价值引起了研究人员的广泛关注
。
需要进行姿态协同控制的航天器编队可以分为有领航星和无领航星两种情形
。
对于有领航星的星群姿态协同控制问题,有两种可行的控制方案
。
一种是基于各星间的姿态和角速度误差的反馈值构造控制器,另一种是各跟随星通过分布式状态观测器对领航星的姿态及角速度信息进行实时估计,然后对估计值进行姿态跟踪
。
[0003]传统非线性控制方法理论上所需的收敛时间往往是无穷大的,而工程应用中对姿态误差的收敛时间往往是有要求的,因而这些方法的实用性受到了一定限制
。
为增强控制器的实用性,有限时间控制是一种有效的控制方法,它可以保证系统在不大于某确定值的时间内完成收敛,但是此收敛时间上界与初始条件直接相关
。
相比之下,固定时间控制的收敛时间上界仅由控制器本身的参数决定,与初始条件无关,可以使设计者在设计控制器的时候摆脱初始条件对于如何设置控制器参数的困扰
。
但是,传统固定时间控制的一个主要缺点是收敛时间上界往往与控制器的多个参数存在 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种基于分布式状态观测器的航天器编队预设时间预设精度的姿态协同控制方法,其特征在于,所述协同控制方法包括,首先基于时间转换函数,构造各跟随航天器对领航航天器姿态及角速度信息的分布式预设时间状态观测器;然后基于此观测器估计获得的领航航天器的姿态信息,考虑扰动力矩上界未知,采用自适应技术对其进行补偿,设计了基于一个新型性能函数的预设时间预设精度的姿态协同控制算法;实现有领航星的航天器编队的预设时间预设精度姿态协同控制
。2.
根据权利要求1所述一种基于分布式状态观测器的航天器编队预设时间预设精度的姿态协同控制方法,其特征在于,所述基于时间转换函数,构造各跟随航天器对领航航天器姿态及角速度信息的分布式预设时间状态观测器具体为,构造如下两个时间转换函数:构造如下两个时间转换函数:其中
T
p1
>
T
p0
,
tanh(.)
表示双曲正切函数;式
(1)
和式
(2)
分别将时间域
t∈[0,T
p0
)
和
t∈[0,T
p1
)
转换为
ρ0∈[0,∞)
和
ρ1∈[0,∞)。3.
根据权利要求2所述一种基于分布式状态观测器的航天器编队预设时间预设精度姿态协同控制方法,其特征在于,采用单位四元数表示航天器的姿态,令
x
1i
、x
2i
分别为跟随航天器
i
对领航航天器姿态
Q0及其时间导数的估计值,基于式
(1)
和式
(2)
时间转换函数,提出分布式预设时间状态观测器形式如下:其中,其中,
sign(.)
是符号函数,
k1、k0均为大于零的常数,
γ
是领航航天器姿态四元数的二阶时间导数的模值的上界,满足其中是表示领航航天器姿态的单位四元数
。4.
根据权利要求3所述一种基于分布式状态观测器的航天器编队预设时间预设精度姿态协同控制方法,其特征在于,根据上述状态观测器的估计结果,跟随航天器
i
可以获得其做姿态机动的期望姿态及时间导数:
相应的期望角速度为由此,跟随航天器
i
的姿态和角速度协同误差分别为
ω
ei
=
ω
i
‑
C(q
ei0
,q
ei
)
ω
di
ꢀꢀ
(7)
其中,
Q
i
=
[q
0i q
iT
]
T
是表示跟随航天器姿态
i
的单位四元数,
ω
i
是跟随航天器
i
相对惯性坐标系的角速度,对任意三维向量
a
=
[a
1 a
2 a3]
T
,
a
×
=
[0
ꢀ‑
a
3 a2;
a
3 0
ꢀ‑
a1;
‑
a
...
【专利技术属性】
技术研发人员:肖岩,王云腾,叶东,张剑桥,李化义,孙兆伟,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:
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