星间通信受限航天器姿态协同控制方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sun383407949
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航天器远距离姿态协同控制在空间干涉测量和远距离激光通信等任务中起着重要作用,因此近年来很受关注。但由于星间距离较远,星载通信设备能力有限,星间通信往往存在带宽不足、时延等问题。且模型不确定、外干扰等因素也使多星系统在实际应用中难以达到足够的协同控制精度。本文在总结现有研究成果的基础上,对通信约束和内外扰动下的航天器姿态协同控制进行了研究。论文主要内容如下:研究了通信带宽约束下的卫星姿态协同问题。首先基于无向通信拓扑建立了多星姿态协同控制模型,并在通信环节引入了事件驱动算法。该算法以当前系统状态为依据设定阈值,判断本星状态变化是否大到有必要刷新输出,以避免无用通信,减小通信压力。通过Lyapunov稳定性理论证明了控制器的稳定性,并在数学仿真中验证了较传统通信方式,事件驱动可以减小通信频率,节约通信资源。基于上述事件驱动的控制的方法,进一步考虑了系统参数不确定和外扰动力矩的影响。通过自适应控制的方法避免了直接使用转动惯量参数,因此不会引入控制误差;对于扰动力矩采用滑模自适应的方式进行补偿,简单有效且不必知道扰动上界。仿真分析可见该控制律可以明显提高卫星姿态协同控制精度。考虑星间存在非常值时延的情况,利用反步法设计了在时延通信下依旧具有稳定性的控制律,且指出该控制律只需通信网络强连通即可,不要求无向通信。进一步的,考虑到事件驱动也是一种通信时延,证明了该控制律在事件驱动策略下同样适用。数学仿真结果同样显示出通信时延下该控制律的有效性。
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