[发明专利]集群卫星系统的控制器设计方法及控制方法

说明书

本发明公开了集群卫星系统的控制器设计方法及控制方法，涉及卫星控制技术领域，不仅适用于集群卫星系统编队控制，还适用于一般的集群智能系统指定时间一致性协同编队任务，进一步可以推广应用于集群智能系统指定时间跟踪控制器、包含控制器等设计，有效地提高了集群智能系统在有限时间协同编问题中的时间保守性问题，极大地拓展了通讯网络的拓扑结构，解决了集群卫星系统指定时间一致性编队控制器结构与参数的设计难点。

技术领域

本发明涉及卫星控制技术领域，特别是涉及集群卫星系统的控制器设计方法及控制方法。

背景技术

集群卫星系统的分布式编队是未来深空探测的一个重要发展趋势，拥有广阔的发展前景。随着我国深空探测领域的快速发展，深空探测的精度要求不断提高，这使得深空卫星天文望远镜需要不断增大其口径与规模。近些年来，为了提高深空探测的精度，同时降低深空探测卫星望远镜的发射难度，人们提出了集群卫星天文望远镜协同高深空探测的概念，通过在多个小卫星上搭载天文望远镜，从而形成集群卫星系统，进一步控制集群卫星系统子星的运动轨迹，使得集群卫星系统整体上编成一定队形，形成大规模的集群深空天文望远镜系统，从而提高深空探测的精度，这一举解决了大口径深空望远镜的发射难度，也带来了集群卫星系统组网编队等具有挑战性的问题。传统的集群卫星系统编队控制方法往往采用集中式的组网编队策略，集群卫星系统子星之间没有信息传输，大都依靠中心控制器进行组网编队，从而带来了集群卫星系统编队鲁棒性差，信息传输量大等缺点。多智能体系统有限时间一致性控制技术的提出为集群卫星系统协同编队带来了曙光，相比于传统的集群卫星系统集中式编队控制方法，基于多智能体系统有限时间一致性控制技术的协同编队控制方法具有鲁棒性好、去中心化、通讯代价小、快速编队等优点，在集群卫星系统分布式编队控制中具有非常广阔的应用价值。

但是，关于多智能体系统有限时间一致性控制技术的工作，往往存在一些难以克服的问题。首先，已有的有限时间一致性控制技术在时间控制上难以做到精确控制，只能获得一个编队完成的时间上界，而这个时间上界往往非常保守，远远大于真实的编队形成时间，从而在控制成本巨大损失，严重影响了控制效率。其次，已有的有限时间一致性控制技术往往采用不连续技术设计控制策略，在实际应用中往往带来控制器不稳定等问题。再次，已有的有限时间一致性控制技术往往在无向通讯网络上进行，实际的通讯网络更多的是有向通讯网络，这使得已有的有限时间一致性控制技术难以在有向通讯网络上使用。最后，目前已有的有限时间一致性控制技术只适用于低阶动力系统，针对一般高阶系统难以应用。考虑到集群卫星系统具有高阶动力学，有向通讯网络等特征，因此在满足指定时间稳定性与控制器平滑性能要求的前提下，给出一种专门应用于集群卫星系统在有向通讯网络下的指定时间一致性编队控制器的设计方法具有相当紧迫的现实和理论意义。

发明内容

本发明实施例提供了集群卫星系统的控制器设计方法及控制方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了集群卫星系统的控制器设计方法，包括以下步骤：

采用希尔方程描述集群卫星系统，建立集群卫星系统的模型；

使用编队误差的设计方法将集群卫星系统的编队问题转化为线性高阶多智能体系统的一致性问题；

使用最优控制方法设计集群卫星系统中子卫星的指定时间一致性编队控制器。

本发明还提供了集群卫星系统的控制方法，该方法为使用上述的控制器对卫星集群系统进行控制。

本发明中的集群卫星系统的控制器设计方法及控制方法，不仅适用于集群卫星系统编队控制，还适用于一般的集群智能系统指定时间一致性协同编队任务，进一步可以推广应用于集群智能系统指定时间跟踪控制器、包含控制器等设计，有效地提高了集群智能系统在有限时间协同编问题中的时间保守性问题，极大地拓展了通讯网络的拓扑结构，解决了集群卫星系统指定时间一致性编队控制器结构与参数的设计难点。

具体实施方式