[发明专利]输入时延下多空间飞行器姿态协同控制方法

说明书

本发明公开了一种输入时延下多空间飞行器姿态协同控制方法，用于解决现有多空间飞行器姿态协同控制方法对输入时延的鲁棒性较弱的技术问题。技术方案是利用模糊理论将多飞行器姿态动力学系统构建为由一系列模糊逻辑组成的模糊系统，针对构建出的模糊系统设计分布式控制器，得到闭环系统，并将该闭环系统进行等价转化，针对转化后的等价系统，利用时延依赖李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式方法给出保证系统稳定的充分条件，并设计控制器参数。本发明方法针对输入时延的鲁棒性更强，在较大时延下仍能保证系统具有较好的性能。

技术领域

本发明涉及一种多空间飞行器姿态协同控制方法，特别涉及一种输入时延下多空间飞行器姿态协同控制方法。

背景技术

文献“Decentralized Consensus Control of A Rigid-Body SpacecraftFormation with Communication Delay，Journal of Guidance Control and Dynamics，2016，39(4)，838-851”公开了一种基于非线性补偿的多空间飞行器姿态协同控制方法。该方法研究了多个空间飞行器的姿态同步一致性问题，设计了输入时延控制算法，将系统中的非线性项作为控制补偿项反馈到控制输入中。文献中所述的基于非线性补偿控制的方法优点在于控制器易于设计，存在的技术问题在于其针对输入时延的鲁棒性较弱，在较大时延下系统的性能较差。

发明内容

为了克服现有多空间飞行器姿态协同控制方法对输入时延的鲁棒性较弱的不足，本发明提供一种输入时延下多空间飞行器姿态协同控制方法。该方法利用模糊理论将多飞行器姿态动力学系统构建为由一系列模糊逻辑组成的模糊系统，针对构建出的模糊系统设计分布式控制器，得到闭环系统，并将该闭环系统进行等价转化，针对转化后的等价系统，利用时延依赖李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式方法给出保证系统稳定的充分条件，并设计控制器参数。本发明方法针对输入时延的鲁棒性更强，在较大时延下仍能保证系统具有较好的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种输入时延下多空间飞行器姿态协同控制方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、利用模糊理论将多飞行器姿态动力学系统构建为由一系列模糊逻辑组成的模糊系统。给出如下多飞行器姿态动力学模型：

式中，J_i表示惯性矩阵；q_i(t)和q_i0(t)分别表示姿态四元数的矢量和标量部分；ω_i(t)表示姿态角速度；u_i(t)表示作用于飞行器的控制输入；τ(t)表示输入时延变量，且有0≤τ(t)≤τ和其中τ和ρ为正的常数。式(1)化作如下状态空间方程的形式：

式中，

为便于构建模糊系统，定义如下变量：

x_i(t)＝[x_i1(t)x_i2(t)x_i3(t)x_i4(t)x_i5(t)x_i6(t)]^T,

ω_i(t)＝[ω_i1(t)ω_i2(t)ω_i3(t)]^T,

q_i(t)＝[q_i1(t)q_i2(t)q_i3(t)]^T.

利用模糊系统准则，将式(2)中所示的非线性系统化作如下模糊系统：