主从模式下航天器编队的姿态一致性控制

发布时间：2023-11-04 10:46

　　现代航天器在执行空间任务时,常常以编队的方式运行,利用小卫星编队协作的方式来代替传统单颗大卫星不仅能降低成本还能保持卫星在轨运行的灵活性。在航天器编队飞行过程中,往往需要控制其保持姿态的一致性。本论文研究了航天器编队飞行过程中姿态一致性控制问题,对于不同的航天器编队系统,用单位四元数来描述编队群中航天器的姿态信息,建立航天器编队的数学模型并设计分布式控制律实现其姿态一致性。针对刚体航天器编队系统的姿态一致性控制问题,考虑编队群成员之间通信拓扑为无向图,设计了一类虚拟角速度估计器,并基于虚拟角速度估计器来设计分布式控制律使系统达到姿态一致性。利用虚拟角速度估计器来设计控制律的方法简化了李雅普诺夫函数的构造,使得控制律的数学证明更为简洁。通过对比仿真实验,发现基于虚拟角速度估计器的设计思想提高了控制器的性能。针对现代航天器在执行空间任务时常常携带挠性附件的情况,本论文研究了基于无向通信拓扑的挠性航天器编队系统的姿态一致性控制问题。挠性航天器模型与刚体航天器模型最大的不同点在于挠性附件所带来的振动影响,因此在建立数学模型时要加入挠性模态参数。对于实际中挠性模态难以直接测量的问题,构造了模态观...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的来源及研究的目的和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 航天器编队研究现状
        1.2.2 一致性算法研究现状
        1.2.3 航天器编队姿态一致性控制算法研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 航天器编队的数学模型与相关基础知识
    2.1 代数图论基础
    2.2 航天器姿态描述法
        2.2.1 常用参考坐标系
        2.2.2 基于欧拉轴/角的姿态描述
        2.2.3 基于单位四元数的姿态描述
    2.3 航天器编队数学模型
        2.3.1 刚性航天器编队系统数学模型
        2.3.2 挠性航天器编队系统数学模型
    2.4 本章小结
第3章 基于无向图的刚体航天器编队姿态一致性控制
    3.1 问题描述
    3.2 基于虚拟角速度的分布式姿态控制器的设计
    3.3 仿真算例
    3.4 本章小结
第4章 基于无向图的挠性航天器编队姿态一致性控制
    4.1 问题描述
    4.2 基于模态观测器的分布式姿态控制器的设计
    4.3 仿真算例
    4.4 本章小结
第5章 基于有向图的刚体航天器编队姿态一致性控制
    5.1 问题描述
    5.2 基于目标姿态观测器的分布式姿态控制器的设计
    5.3 仿真算例
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3860152