[发明专利]一种基于事件触发通信的航天器抗干扰姿态协同控制方法

权利要求书

1.一种基于事件触发通信的航天器抗干扰姿态协同控制方法，其特征在于，步骤如下：

步骤(1)针对一组刚性航天器，包括领航航天器和跟随航天器，用修正罗德里格参数(MRPs)描述跟随航天器姿态运动学参数和动力学参数；对航天器的未知有界干扰进行建模，该模型用于描述多种实际干扰；

步骤(2)设计干扰观测器，对干扰进行估计，使得干扰估计误差指数收敛到零；

步骤(3)建立滤波器并引入事件触发机制，描述航天器间的不连续通信；

步骤(4)结合干扰观测器和滤波器，基于反步法设计控制器，保证所有闭环信号都一致有界，且姿态跟踪误差能够收敛到小于预定阈值的残集内；

所述步骤(1)，考虑一组m+1个刚性航天器，其中航天器0为领航航天器，航天器1到m为跟随航天器；

首先，定义如下记号：I_r为r×r的单位矩阵；||·||代表向量的欧几里德范数或矩阵的相应的诱导范数；对称正定矩阵的最大和最小特征值分别表示为λ_max(·)和λ_min(·)；对于向量x＝[x₁,x₂,x₃]^T∈R³，x^×记作斜对称矩阵，其形式为

跟随航天器姿态运动学和动力学方程用修正罗德里格参数(MRPs)表示：

其中，i＝1,…,m；σ_i∈R³记为MRPs，表示第i个跟随航天器的本体坐标B_i相对于惯性坐标系Γ的修正罗德里格参数(MRPs)；ω_i∈R³为第i个跟随航天器的本体坐标B_i相对于惯性坐标系Γ的角速度；J_i∈R^3×3和τ_i∈R³分别为第i个跟随航天器的惯性矩阵和控制力矩；d_i(t)＝[d_i,1(t),d_i,2(t),d_i,3(t)]^T∈R³为未知有界干扰；

然后，航天器i受到的未知有界干扰描述为：

d_i＝S_iξ_i,

其中，是干扰系统的不可测状态变量，n_i表示这个状态变量的维数，当t＝0时，初始状态ξ_i(0)未知，和为已知常数矩阵，且W_i的特征值具有非正实部；该模型能够描述许多实际干扰，

其中，j＝1,2,3，d_i,j表示d_i的第j个分量，k＝0,…,ι_i，ι_i是一个整数，γ_i,j,k是未知幅值，是未知相位，ζ_i,j,k是频率；航天器的多种干扰与轨道有关，其频率由轨道参数计算得到；

领航者的姿态运动是由决定的，其中ω₀和有界；用包含节点集N＝{0,1,…,m}和边集的有向图G描述m+1个航天器之间的通信拓扑；一条边(i,j)∈E表示航天器j可以从航天器i中获取信息；在这种情况下，航天器i称为航天器j的入邻，而航天器j称为航天器i的出邻；航天器i的入邻集合和出邻集合分别记为和从航天器i₁到航天器i_k的定向路径是一系列形如(i₁,j₂),(i₂,j₃),…,(i_k-1,j_k)的边；邻接矩阵A＝[a_ij]＝∈R^(m+1)×(m+1)定义为若(j,i)∈E则a_ij＝1，其他情况下a_ij＝0；自边缘是不允许的，即a_ii＝0；Laplace矩阵Q＝[q_ij]＝∈R^(m+1)×(m+1)定义为：当i≠j时，q_ij＝-a_ij，而假设领航航天器没有入邻且其运动独立于跟随航天器的运动，则Q写成：

其中，Q₁∈R^m涉及领航航天器到跟随航天器的通信，Q₂∈R^m×m涉及跟随航天器之间的通信；如果存在一个称为根的航天器使得有从根到其它航天器的路径，那么称这个图包含一个生成树；控制目标是设计一个分布式控制方案使得整个闭环系统内所有信号有界,并且跟随航天器的姿态σ_i(t),i＝1,…,m，能跟踪领航航天器的姿态σ₀(t)；假设图G包含一个以领航航天器为根的生成树，则Q₂非奇异且存在一个正定对称矩阵P使得正定对称；同时假定(W_i,S_i)是可观测的，从而避免了部分航天器被孤立的现象。