[发明专利]一种抗振抗饱和的多星分布式定时姿态协同跟踪控制方法

权利要求书

1.一种抗振抗饱和的多星分布式定时姿态协同跟踪控制方法，该方法用于对一个虚拟领航星和n个跟随卫星组成的编队进行控制，其特征在于，该方法包括：

S1、针对以指数坐标描述的卫星相对姿态运动学和动力学方程，分离由弹性振动引发的扰动项，获得分离后的动力学模型；

S2、设计分布式固定时间领航星状态观测器，用于在固定时间内为各跟随卫星提供精确的领航星的状态信息；

S3、设计固定时间扰动观测器，用于在固定时间内精确估计与振动相关的非线性扰动项，以便在控制律中加入扰动估计结果的前馈补偿；

S4、基于饱和补偿动态系统和新的非奇异定时滑模面函数设计定时收敛的姿态协同跟踪控制律，以完成多星分布式定时姿态协同跟踪控制；

一个虚拟领航星和n个跟随卫星组成的编队的通信拓扑结构：

虚拟领航星编号为0，n个跟随卫星的编号i＝1,2,…,n，定义领航星的邻接矩阵领航星的邻接矩阵元素a_0i表示领航星与编号为i的跟随卫星之间的通信状态，当编号为i的跟随卫星可访问到领航星的状态信息时，a_0i＝1，反之a_0i＝0；定义跟随卫星编队内部的邻接矩阵当编号为i的跟随卫星与编号为j的跟随卫星可进行信息交互，则a_ij＝a_ji＝1，否则a_ij＝a_ji＝0，j＝1,2,…,n，i≠j；

S1中获得分离后的动力学模型的过程为：

步骤S11、确定以指数坐标描述的第i个跟随卫星的姿态运动学、动力学方程

式中，

为第i个跟随卫星的刚度矩阵，K_ic表示第i个跟随卫星的第c阶模态的刚度，c＝1,2,...,N_m，N_m为模态截断的阶数，diag(…)表示对角矩阵；

为第i个跟随卫星的阻尼矩阵，C_ic表示第i个跟随卫星的第c阶模态的阻尼；

为第i个跟随卫星的模态位移，为第i个跟随卫星的模态速度，为第i个跟随卫星的模态加速度；

为第i个跟随卫星的刚柔耦合矩阵；

中间变量为第i个跟随卫星的惯量矩阵；

为第i个跟随卫星的角速度，表示第i个跟随卫星的角速度的一阶导数；

为第i个跟随卫星致动器的实际输出力矩；

中间变量为第i个跟随卫星的姿态指数坐标，表示第i个跟随卫星的姿态指数坐标的一阶导数，I₃表示3×3单位矩阵，欧拉旋转角||Θ_i||表示矢量Θ_i的2-范数，||ω_i||表示矢量ω_i的2-范数；

对于Θ_i＝[Θ_i1，Θ_i2，Θ_i3]^T，ω_i＝[ω_i1，ω_i2，ω_i3]^T，映射分别被定义为Θ_im,m＝1,2,3表示第i个跟随卫星的姿态指数坐标的第m个分量，ω_im表示第i个跟随卫星的姿态角速度的第m个分量；

步骤S12、确定以指数坐标描述的第i个跟随卫星的相对姿态运动学、动力学方程；

其中表示第i个跟随卫星相对于领航星的误差指数坐标，

表示第i个跟随卫星相对于领航星的误差角速度，H_i表示领航星相对于第i个跟随卫星体系的角速度，为H_i的一阶导数，

为领航星的姿态指数坐标，为领航星的角速度；

旋转矩阵表示相对欧拉旋转角度，表示矢量的2-范数；

对于存在关系式的映射表示的一阶导数，为矩阵的第m个分量；

中间变量表示的映射；

分离由弹性振动引发的扰动项，将由弹性振动引发的力矩作为振动扰动项则第i个跟随卫星的相对姿态运动学、动力学方程为：