[发明专利]无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制方法

权利要求书

1.一种无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10，建立惯量坐标系和本体坐标系，确定航天器的本体坐标系相对惯量坐标系的姿态；

S20，确定包含n个跟随者和1个领航者的航天器编队系统，使跟随者协同跟踪领航者；

S40，描述航天器编队系统的通信拓扑结构；所述通信拓扑结构包括一个领航者为根节点的有向生成树；

S50，根据所述通信拓扑结构确定各航天器的邻居航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速度估计值；

S60，根据各航天器的邻居航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速度估计值，设计分布式有限时间观测器，将所述分布式有限时间观测器作为跟随航天器的领航者；所述分布式有限时间观测器用于对领航者信息进行观测，得到领航者观测轨迹，即有限时间观测器状态为各航天器对领航者的姿态估计值、角速度估计值和角加速度估计值；

S90，根据各航天器对领航者的角速度估计值和角加速度估计值、预先定义的姿态跟踪误差估计值以及预设的滤波辅助系统，设计无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制器τ_i，采用所述航天器姿态协同跟踪控制器τ_i对航天器姿态进行协同跟踪控制。

2.根据权利要求1所述的无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，所述分布式有限时间观测器包括：

式中，σ_i和ρ_i分别为第i个跟随航天器对领航者状态q₀、ω₀和的观测值，r₁、r₂、r₃、θ₁、θ₂、θ₃和θ₄均为正常数，a_ij是邻接矩阵元素，如果存在从第j个航天器到第i个航天器的通信，a_ij＞0，相反，a_ij＝0，各航天器的邻居航天器对领航者的姿态估计值角速度估计值σ_j∈R³和角加速度估计值ρ_j∈R³，a_i0用来描述第i个航天器接收领航者信息情况，如果第i个航天器能够接收到领航者信息a_i0＝1，否则a_i0＝0，和分别为邻居航天器对领航者的姿态估计值的四元数矢量部分和标量部分，为ρ_i的导数，sig^α()为幂函数，对于任意变量x_i＝[x_i1,x_i2,x_i3]^T而言，其幂函数sig^α(x_i)为sig^α(x_i)＝[sign(x_i1)|x_i1|^α,sign(x_i2)|x_i2|^α,sign(x_i3)|x_i3|^α]^T，sign()为标准的符号函数，为σ_i的导数，为的导数，为的导数，n为跟随航天器的数量。

3.根据权利要求1所述的无角速度反馈的航天器姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，所述航天器姿态协同跟踪控制器τ_i包括：

式中，ρ_i为第i个跟随航天器对领航者状态的观测值，表示ω₀的导数，k_1i为正实数，表示姿态跟踪误差估计值的矢量部分，k_2i为正实数，表示滤波辅助系统的输出矢量，J_i表示航天器的惯量矩阵，C_i表示旋转矩阵σ_i表示对领航者状态ω₀的估计值，上标×表示斜对称算子矩阵。