航天器编队飞行分布式固定时间协同控制

发布时间：2021-02-05 20:20

　　航天器编队飞行系统是由多个结构简单的小型航天器组成,利用相互之间的信息交互,通过协同合作来完成复杂的空间任务。航天器编队飞行技术具有制造和维护成本低、可靠性高等优点,在近地勘测和深空探测等领域有着广泛的应用。有限时间控制具有收敛速度快、鲁棒性强和抗干扰性强等优点,但是其收敛时间的上界与系统的初始状态相关,这就意味着如果初始状态距离平衡点趋近于无穷远或者初始状态的信息无法获取,那么系统状态的收敛时间将趋于无穷大或者无法计算,这就限制了其在工程中的应用。固定时间控制作为一种特殊的有限时间控制不仅具有后者的优点,而且可以保证收敛时间上界独立于初始条件而只与设计参数相关,在工程应用上十分有意义。由于一些航天器编队任务（如Techsat-21计划等）需要在规定时间内完成多个航天器的姿态协同或者编队构型,所以研究航天器编队飞行固定时间协同控制是十分有意义的。本文针对航天器编队飞行的固定时间姿态协同控制问题和固定时间姿态轨道耦合协同控制问题,基于分布式结构和代数图论,并利用终端滑模方法、齐次性理论、积分滑模方法和自适应控制设计了固定时间协同控制算法。基于上述分析和讨论,将本文的主要研究内容概括如下:... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 编队航天器协同控制的研究现状
        1.2.1 典型的编队飞行任务和计划
        1.2.2 编队航天器姿态协同控制
        1.2.3 编队航天器姿态轨道耦合协同控制
    1.3 有限时间及固定时间控制理论发展现状
        1.3.1 有限时间控制方法研究概述
        1.3.2 固定时间控制方法研究概述
        1.3.3 有限时间/固定时间在多航天器协同控制中的应用研究概述
    1.4 本文主要研究内容及安排
第2章 多航天器协同控制理论基础及预备知识
    2.1 通用定义
    2.2 多航天器协同控制模型
        2.2.1 多航天器姿态协同控制模型
        2.2.2 多航天器姿态轨道耦合协同控制模型
    2.3 代数图论
    2.4 预备知识
        2.4.1 有限时间控制相关定义及引理
        2.4.2 固定时间控制相关定义及引理
    2.5 其他相关定义及引理
    2.6 本章小结
第3章 基于终端滑模的航天器固定时间姿态协同跟踪控制
    3.1 引言
    3.2 多航天器固定时间姿态协同跟踪控制
        3.2.1 问题描述
        3.2.2 固定时间终端滑模面设计
        3.2.3 分布式固定时间控制器设计
        3.2.4 仿真分析
    3.3 多航天器固定时间自适应姿态协同控制
        3.3.1 问题描述
        3.3.2 固定时间滑模估计器设计
        3.3.3 控制器设计
        3.3.4 仿真分析
    3.4 本章小结
第4章 基于积分滑模的多航天器固定时间姿态协同跟踪控制
    4.1 引言
    4.2 问题描述
    4.3 固定时间积分滑模面设计
    4.4 分布式固定时间控制器设计
        4.4.1 控制系统总体设计
        4.4.2 固定时间滑模估计器设计
        4.4.3 固定时间干扰观测器设计
        4.4.4 控制器设计与稳定性分析
    4.5 仿真分析
        4.5.1 仿真条件设定
        4.5.2 滑模面的对比验证
        4.5.3 固定时间滑模估计器的仿真验证
        4.5.4 姿态协同跟踪性能的仿真验证
    4.6 本章小结
第5章 多航天器分布式固定时间输出反馈姿态协同跟踪控制
    5.1 引言
    5.2 问题描述
    5.3 分布式固定时间控制器设计
        5.3.1 控制系统总体设计
        5.3.2 固定时间观测器设计
        5.3.3 控制器设计与稳定性分析
    5.4 仿真分析
        5.4.1 仿真条件设定
        5.4.2 固定时间观测器的仿真验证
        5.4.3 姿态协同跟踪性能的仿真验证
    5.5 本章小结
第6章 编队飞行航天器姿态轨道耦合固定时间协同控制
    6.1 引言
    6.2 相对误差协同控制模型
    6.3 基于齐次性理论的固定时间姿态轨道耦合协同控制
        6.3.1 问题描述
        6.3.2 控制器设计
        6.3.3 仿真分析
    6.4 基于终端滑模的固定时间姿态轨道耦合协同控制
        6.4.1 问题描述
        6.4.2 控制器设计
        6.4.3 仿真分析
    6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]卫星集群系统的应用现状与发展动态[J]. 闻新.  人民论坛·学术前沿. 2018(12)
[2]输入饱和受限下的刚体飞行器姿态系统的有限时间镇定[J]. 程盈盈,都海波,何怡刚.  控制与决策. 2015(08)
[3]FrFT-CSWSF: Estimating cross-range velocities of ground moving targets using multistatic synthetic aperture radar[J]. Li Chenlei,Liu Mei,Zhao Bowen,Zhang Lei.  Chinese Journal of Aeronautics. 2014(05)
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[5]航天器连续非光滑姿态控制律设计[J]. 马克茂.  宇航学报. 2012(06)
[6]基于信息一致性的分布式卫星姿态同步研究[J]. 陈志明,王惠南,刘海颖.  宇航学报. 2010(10)
[7]滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J]. 刘金琨,孙富春.  控制理论与应用. 2007(03)
[8]一类二阶非线性系统的有限时间状态反馈镇定方法[J]. 李世华,丁世宏,田玉平.  自动化学报. 2007(01)

博士论文
[1]二阶系统有限时间控制问题研究[D]. 姜博严.哈尔滨工业大学 2018
[2]多航天器编队姿态协同控制算法研究[D]. 张健.哈尔滨工业大学 2017
[3]高分辨星载SAR干涉/极化处理关键技术研究[D]. 李锦伟.西安电子科技大学 2015
[4]分布式SAR动目标成像关键技术研究[D]. 李晨雷.哈尔滨工业大学 2015

硕士论文
[1]航天器编队姿态协同跟踪滑模/神经网络控制[D]. 甘超.北京理工大学 2015



本文编号：3019520