[发明专利]一种多卫星同步编队重构控制方法

说明书

本发明公开了一种多卫星同步编队重构控制方法，在全驱动卫星编队重构的误差动力学方程的基础上，以各卫星对应的滑模面之差表征同步重构误差进而设计同步重构控制项来同步各卫星间的重构运动，得到包含同步重构项的分布式同步重构控制器，进一步分析分析闭环系统收敛到期望构型时分布式同步重构控制器参数的设置条件，控制参数和同步重构控制项对应的拉普拉斯矩阵的最小非零特征值共同决定滑模面、相对位置和相对速度的稳定重构精度。采用上述一种多卫星同步编队重构控制方法，采用包含同步重构项的分布式同步重构控制器缩短各颗卫星完成重构任务的时间差，实现对所有从星进行同步编队重构，且得到了受控制参数和同步重构控制项对应的稳定重构精度。

技术领域

本发明涉及卫星编队重构控制技术领域，尤其是涉及一种多卫星同步编队重构控制方法。

背景技术

编队重构问题不同于编队保持问题，按照《圆轨道欠驱动航天器编队重构脉冲控制》中的定义：编队保持要求各卫星之间必须保持规定的距离、间隔和高度差；而编队重构是指编队内的航天器根据任务需求通过相对轨道机动的方式改变航天器间的相对位置，从而改变编队的几何构型。编队重构技术从单颗卫星看是轨道转移，而从编队系统整体看则是队形重构，卫星之间相互通信协同完成重构任务。编队飞行、星座构建、在轨服务等都属于集群行为，要求每颗卫星从当前位置转移到指定目标位置以完成某些任务，因此编队重构技术是多卫星协同任务的实际执行环节。目前的技术方案大多把编队、星座和集群的重构问题看作是多颗卫星各自的轨道转移问题，通常从初始位置转移到目标位置时的轨迹互不影响，也有一些文章通过引入势场法避免卫星间的碰撞，除此之外没有考虑卫星之间其它的信息交互。

同步控制概念由Lorenz在1980年最先提出并运用到轮式机器人编队保持中，通过定义位置误差及同步误差得到交叉耦合误差,进而设计同步控制器使两种误差收敛到零。而在卫星编队重构问题中，由于每个跟随者完成重构任务的时间不同，它们的相对距离变化情况也不同，因此合成仪器在重构过程中不能再执行任务，卫星间的同步运动可以保持相对状态关系，以维持指定的、可能是时变的构型。另一方面，只有当最后一个跟随者到达指定的目标点时，所有跟随者才能一起调整相对姿态，加快较慢跟随者的速度可以缩短任务时间。因此编队重构的控制要求除了消除每颗卫星从起始状态到期望构型的运动误差并克服外部扰动对系统的影响外，还应缩短各颗卫星完成重构任务的时间差。现有技术中均采用位置误差来时实现编队保持，同时现有编队保持技术均是采用拉普拉斯矩阵表示从星和主星间的位置关系，且无法给出同步项对系统控制精度的理论分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种多卫星同步编队重构控制方法，采用包含同步重构项的分布式同步重构控制器缩短各颗卫星完成重构任务的时间差，实现对所有从星进行同步编队重构，且得到了受控制参数和同步重构控制项对应的稳定重构精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种多卫星同步编队重构控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：构建全驱动卫星编队重构的误差动力学方程，根据滑模控制方法设计控制器u_i0；

步骤S2：以各卫星对应的滑模面之差表征同步重构误差设计同步重构控制项来同步各卫星间的运动，

定义任意两颗卫星对应的滑模面s_i和s_j之差s_i-s_j为同步重构误差，设计同步重构控制项来同步各卫星间的运动,其中，s_i,s_j为滑模面，i,j＝1,2,...,n(i≠j)为卫星编号，a_ij为邻接矩阵A中的元素；

得到包含同步重构项的分布式同步重构控制器u_i如下：

u_i＝u_i0+u_i3；