文档介绍：国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学博士学位论文
多航天器分布式姿态协调控制问题研究
博士研究生:高岱
导师:王本利教授
申请学位:工学博士
学科专业:航空宇航科学与技术
所在单位:航天学院
答辩日期:2012 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
.:
Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
RESEARCH ON DISTRIBUTED ATTITUDE
COORDINATION CONTROL OF
MULTI-SPACECRAFT
Candidate: GAO Dai
Supervisor: Prof. WANG Benli
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Specialty: Aeronautical and Astronautical
Science and Technology
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence: June, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
航天器编队飞行是当前航天领域的一个研究热点,具有广阔的应用空间。姿
态协调控制是编队飞行的一个重要课题,它在不同的任务中有着重要的应用价值,
引起了国内外专家学者的广泛关注。本文在总结现有结果的基础上,从理论方面
对多航天器分布式姿态协调控制中的一些实际问题进行了深入的研究,主要完成
了以下几方面的工作:
多航天器分布式姿态协调控制。基于 Lyapunov 稳定性理论和代数图论,在无
向拓扑结构下,设计了分布式姿态协调跟踪算法,能够实现航天器姿态跟踪和同
步。当通信时延存在时,给出了分布式姿态一致性算法,分别在无向和有向拓扑
结构下,实现了是否为零最终姿态角速度的姿态同步,保证了闭环系统的渐近稳
定性。考虑有限时间控制,在无向拓扑结构下给出了两种分布式姿态协调控制律,
能够保证闭环系统有限时间稳定。
输入受限的多航天器分布式姿态协调控制。通过引入有界函数,在无向拓扑
结构下分别设计了输入受限的分布式姿态协调跟踪和一致性算法。在研究一致性
问题时,通过引入辅助变量,设计了改进的输入受限姿态一致性算法,使得航天
器控制力矩的界不依赖于相邻航天器的数量。针对通信时延存在情况,设计了输
入受限的多航天器分布式姿态协调控制算法。可以证明通信时延存在时所设计的
控制算法能实现航天器的姿态同步。
多航天器分布式输出反馈姿态协调控制。考虑在绝对角速度和相对角速度不
可测时,在无向拓扑结构下,首先设计了多航天器分布式输出反馈姿态协调控制
算法,保证了闭环系统的渐近稳定性。当输入受限时,设计了分布式输出反馈姿
态协调控制算法,只要控制参数满足一定条件,可以实现输入受限,并且需要的
条件不依赖于相邻航天器的数量。基于有限时间控制技术,研究了多航天器分布
式输出反馈姿态协调控制问题,保证了闭环系统的有限时间稳定性。
具有未知不确定性的多航天器分布式姿态协调控制。研究了多航天器分布式
有限时间姿态协调控制问题,考虑外部有界干扰,在无向拓扑结构下设计了分布
式姿态一致性算法,在有向拓扑结构下设计了分布式姿态协调跟踪算法,保证了
闭环系统的有限时间稳定性。考虑固定时延和时变时延,有向拓扑结构下给出了
自适应滑模控制算法,能够实现航天器的姿态同步。针对协调跟踪控制问题,考
虑存在干扰和转动惯量不确定性,首先在无向拓扑结构下,设计了滑模控制律。
- I -
哈尔滨工业大学工学博士学位论文
然后考虑存在通信时延,在有向拓扑结构下,设计了自适应滑模控制律,能够保
证闭环系统的渐近稳定性。
建立了数值仿真系统,对本文研究成果进行了仿真验证。仿真结果验证本文
了提出的控制算法的可行性和有效性。
关键词多航天器;姿态协调;一致性;协调跟踪;分布式控制;有限时间控制
- II -
Abstract
Abstract
According to the wi