CN109002058B - 基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法 - Google Patents

基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109002058B
CN109002058B CN201811048895.0A CN201811048895A CN109002058B CN 109002058 B CN109002058 B CN 109002058B CN 201811048895 A CN201811048895 A CN 201811048895A CN 109002058 B CN109002058 B CN 109002058B
Authority
CN
China
Prior art keywords
spacecraft
formation
ith
virtual
representing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811048895.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109002058A (zh
Inventor
胡庆雷
石永霞
董宏洋
郭雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201811048895.0A priority Critical patent/CN109002058B/zh
Publication of CN109002058A publication Critical patent/CN109002058A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109002058B publication Critical patent/CN109002058B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

Abstract

本发明公开了一种基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法，包括以下步骤：考虑存在外部扰动情况下，建立航天器编队飞行过程相对位置误差动力学模型；基于图论，对航天器编队飞行系统进行通信情况描述；考虑通信资源受限，基于事件触发策略设计虚拟速度控制器；基于虚拟速度控制器设计实际的控制输入。本方法能够保证编队航天器在实现整体位置机动的同时保持编队构型不变，并且具有抗干扰能力强、有效减少编队航天器之间通讯量等优点，适用于航天器编队飞行相对位置协同控制。

Description

基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法
技术领域
本发明属于航天器控制技术领域，具体来说，涉及一种基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法。
背景技术
航天器编队飞行系统通过利用多颗小型航天器相互通信，在空间中保持一定的稳定构型，协同完成如重力场测量、三维立体成像、空间光学虚拟成像等航天器任务。相比于单颗大型航天器，航天器编队飞行系统具有研发周期短，相对成本低、系统适用性强、可靠性高和任务响应速度快等优点，在深空探测、科学实验等领域发挥着越来越重要的作用。航天器编队飞行系统在执行任务时，各编队航天器之间采用无线网络进行信息交流，以此来获得相邻航天器的状态信息，结合地面基站获取的期望位置，通过相应的协同控制实现整体位置机动并保持构型不变。但是，由于编队航天器通信载荷性能有限，相邻航天器距离较远，通信往往存在资源受限、带宽不足等问题。因此，考虑通信资源有限情况下的航天器编队飞行相对位置协同控制尤为重要。同时，航天器编队飞行系统本身就是一个结构复杂的系统，并且在恶劣的太空环境中工作，各编队航天器不可避免地会受到来自外部环境等多种干扰的影响，这就要求航天器编队飞行系统具有一定的抗干扰能力。因此，保证航天器编队飞行系统能够在通信资源有限和外部扰动作用情况下，实现整体位置机动的同时保持构型不变，是航天器编队飞行相对位置协同控制的重要任务。
针对航天器编队飞行系统中的复杂约束条件，专利申请CN201710742009通过系统状态观测器对编队成员的角速度和姿态值进行估计，利用邻近编队成员的角速度估计值以及姿态估计值构造滑模变量，设计有限时间控制器，实现复杂约束条件下的航天器编队飞行姿态精确控制，但是其中并没有考虑编队成员之间通信资源受限的约束问题；专利申请CN201710742149设计了一种编队飞行航天器反步滑模控制方法，首先，设计连续控制器，用于补偿已知有界的外部干扰；然后，基于自适应技术，设计有限时间跟踪控制器，无需外部干扰的上界，实现姿态一致性控制，但并未考虑编队航天器之间通信资源有限的问题。因此，设计协同控制器，使编队航天器减少通信量同时对外部扰动具有鲁棒性，并且能够在实现整体位置机动的同时保持构型不变，是确保航天器编队飞行系统空间任务安全、高效进行的核心问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对航天器编队飞行系统存在通信资源有限和外部扰动的问题，提出一种相对位置协同控制方法，它是一种鲁棒性强且能够降低编队航天器之间通信量的控制方法，解决了航天器编队飞行系统在协同位置机动过程，通信资源有限以及受到外部扰动影响情况下的相对位置协同控制问题，使航天器编队飞行系统在很大程度上减轻了编队航天器之间通信的资源占用，并且具有抗干扰能力。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：
一种基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法，包括以下步骤：
S1：考虑存在外部扰动情况下，建立航天器编队飞行过程相对位置误差动力学模型；
S2：基于图论，对航天器编队飞行系统进行通信情况描述；
S3：考虑通信资源受限，基于事件触发策略设计虚拟速度控制器；
S4：基于虚拟速度控制器设计实际的控制输入。
进一步地，S1中，考虑存在外部扰动情况下，假设航天器编队飞行系统由n个航天器构成，以地心为原点，建立地心惯性坐标系；设定虚拟领航者，以虚拟领航者为原点，建立虚拟航天器参考坐标系LVLH；虚拟领航者相对于地心的位置为Rc＝[Rc,0,0]T，运行于真近点角为θ，半长轴为ac，离心率为ec的椭圆轨道，其中
Figure BDA0001794007140000023
表示虚拟领航者与地心在x轴方向上的距离；在虚拟航天器参考坐标系LVLH下，航天器编队飞行过程相对位置动力学模型为：
Figure BDA0001794007140000021
Figure BDA0001794007140000022
其中，ρi＝[ρix,ρiy,ρiz]T表示第i个航天器相对于虚拟领航者的位置，其中，ρix，ρiy，ρiz分别为第i个航天器相对于虚拟领航者在x轴，y轴，z轴上的距离；vi＝[vix,viy,viz]T表示第i个航天器相对于虚拟领航者的速度，其中，vix，viy，viz分别为第i个航天器相对于虚拟领航者在x轴，y轴，z轴上的速度；mi表示第i个航天器的质量；di表示第i个航天器受到的外部扰动力；ui表示第i个航天器实际的控制输入；
Figure BDA0001794007140000031
表示第i个航天器的科氏力和离心力矩阵,其中，
Figure BDA0001794007140000032
为虚拟领航者真近点角θ的一阶导数；
Figure BDA0001794007140000033
表示第i个航天器的时变非线性项，如下：
Figure BDA0001794007140000034
其中，
Figure BDA0001794007140000035
为虚拟领航者真近点角θ的二阶导数；μ表示地心引力常数；
Figure BDA0001794007140000036
反映虚拟领航者的平均运动；
Figure BDA0001794007140000037
表示第i个航天器相对于地心的距离；ni(Ri,Rc)表示第i个航天器的重力矩阵，定义如下：
Figure BDA0001794007140000038
在此基础上，在载虚拟航天器参考坐标系LVLH下，建立相对位置误差动力学模型，记第i个航天器的期待位置为ρi d；编队中心位置为
Figure BDA00017940071400000318
第i个航天器的期待位置相对于编队中心位置为ρi F，则上述三者满足关系
Figure BDA0001794007140000039
定义相对位置误差为
Figure BDA00017940071400000310
第i个航天器的期待速度为
Figure BDA00017940071400000311
则相对速度误差为
Figure BDA00017940071400000312
航天器编队飞行过程相对位置误差动力学模型为：
Figure BDA00017940071400000313
Figure BDA00017940071400000314
其中，
Figure BDA00017940071400000315
进一步地，S2中，所述对航天器编队飞行系统进行通信情况描述：假设航天器编队飞行系统中所有航天器之间通过网络进行双向信息交流，只有邻近航天器能够进行通信；通信模型描述为带权重的无向图
Figure BDA00017940071400000316
其中，
Figure BDA0001794007140000041
表示由n个编队航天器组成的节点集合；
Figure BDA0001794007140000042
表示编队成员之间的通信路径；
Figure BDA0001794007140000043
表示第i个航天器和第j个航天器之间的通信强度系数矩阵，通信强度系数aij的定义为：
Figure BDA0001794007140000044
其中，aij＞0(i≠j)表示第i个航天器和第j个航天器之间能够进行通信；aij＝0(i≠j)表示第i个航天器和第j个航天器之间不能进行通信；aii＝0(i＝j)表示航天器自身不通过通信网络进行信息交流；
Figure BDA00017940071400000412
的拉普拉斯矩阵为
Figure BDA0001794007140000045
其中
Figure BDA0001794007140000046
进一步地，S3中，所述基于事件触发策略设计虚拟速度控制器是基于S1中建立的编队飞行过程相对位置误差动力学模型和S2中的编队航天器通信情况，考虑通信资源受限，基于事件触发策略来设计虚拟速度控制器，所述虚拟速度控制器为：
Figure BDA0001794007140000047
其中，Ni表示第i个航天器邻居的集合；k1＞0，表示虚拟速度控制器的增益；定义第i个航天器的相对位置误差的测量误差为：
Figure BDA0001794007140000048
其中，
Figure BDA0001794007140000049
表示第i个航天器最近一次触发事件的时刻，
Figure BDA00017940071400000410
为第i个航天器上一次的更新输出；定义事件触发函数为：
Figure BDA00017940071400000411
其中，0＜α＜1/2为输出误差的调节增益；δ0＞0，δ1＞0为正的调节常数。
基于上述设计的事件触发函数，本方法采取的事件触发策略为：当第i个航天器的事件触发函数fi(t,ei(t))＞0时，则第i个航天器触发一次事件，用当前时刻的相对位置误差更新虚拟速度控制器，并且把当前更新的相对位置误差信息传递给相邻的航天器，同时ei(t)被置为零；当第i个航天器接收到邻居传递的更新的相对位置误差信息时，立刻更新自己的虚拟速度控制器；在两次事件触发时刻之间，编队航天器之间不需要互相通信，
Figure BDA00017940071400000413
保持不变。
进一步地，S4中，定义辅助变量
Figure BDA0001794007140000051
表示第i个航天器真实速度与虚拟速度的误差，基于S3设计的虚拟速度控制器，设计实际的控制输入为：
ui＝miLi-dm sgn(si)-k2si
其中，k2＞0为可调节的增益；dm＞0为用于补偿干扰的正常数，满足dm≥||di||；sgn(·)表示符号函数。
本发明的有益效果：
(1)本发明的一种基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法，考虑实际中编队航天器通信资源有限的约束条件，基于事件触发策略设计控制器，有效地减少了航天器编队飞行系统的通信量；
(2)本发明针对的是航天器编队飞行系统整体机动并在机动过程保持构型不变的协同控制阶段，这期间航天器编队飞行系统会受到外部扰动，进行抗干扰处理，提高系统的鲁棒性，从而保证空间任务安全、高效地进行，具有很强的工程意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本方法的流程图；
图2为本发明实施例中航天器编队飞行系统示意图；
图3为本发明实施例中航天器编队飞行系统整体位置机动时构型保持示意图；
图4为本发明实施例中航天器编队飞行系统通信情况示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法步骤为：首先建立航天器编队飞行过程相对位置误差动力学模型；然后基于图论，对航天器编队飞行系统进行通信情况描述；接着，考虑通信资源有限，基于事件触发策略，设计虚拟速度控制器；最后，设计实际的控制输入，使真实速度收敛至虚拟速度。整个方法的流程图如图1所示，具体实施步骤如下：
第一步，假设航天器编队飞行系统由n个航天器构成，如图2所示，以四个航天器构成的航天器编队飞行系统为例进行说明：以地心为原点，建立地心惯性坐标系；设定虚拟领航者，以虚拟领航者为原点，建立虚拟航天器参考坐标系LVLH；虚拟领航者相对于地心的位置为Rc＝[Rc,0,0]T，运行于真近点角为θ半，半长轴为ac，离心率为ec的椭圆轨道，其中
Figure BDA0001794007140000069
表示虚拟领航者与地心在x轴方向上的距离；在虚拟航天器参考坐标系LVLH下，建立航天器编队过程相对位置动力学模型：
Figure BDA0001794007140000061
Figure BDA0001794007140000062
其中，ρi＝[ρix,ρiy,ρiz]T表示第i个航天器相对于虚拟领航者的位置，其中，ρix，ρiy，ρiz分别为第i个航天器相对于虚拟领航者在x轴，y轴，z轴上的距离；vi＝[vix,viy,viz]T表示第i个航天器相对于虚拟领航者的速度，其中，vix，viy，viz分别为第i个航天器相对于虚拟领航者在x轴，y轴，z轴上的速度；mi表示第i个航天器的质量；di表示第i个航天器受到的外部扰动力；ui表示第i个航天器实际的控制输入；
Figure BDA0001794007140000063
表示第i个航天器的科氏力和离心力矩阵,其中，
Figure BDA0001794007140000064
为虚拟领航者真近点角θ的一阶导数；
Figure BDA0001794007140000065
表示第i个航天器的时变非线性项，如下：
Figure BDA0001794007140000066
其中，
Figure BDA0001794007140000067
为虚拟领航者真近点角θ的二阶导数；μ表示地心引力常数；
Figure BDA0001794007140000068
反映虚拟领航者的平均运动；
Figure BDA0001794007140000071
表示第i个航天器相对于地心的距离；ni(Ri,Rc)表示第i个航天器的重力矩阵，定义如下：
Figure BDA0001794007140000072
在此基础上，在虚拟航天器参考坐标系LVLH下，建立相对位置误差动力学模型；如图3所示，以四个航天器构成的航天器编队飞行系统为例进行说明，记第i个航天器期待的相对位置为ρi d；编队中心位置为
Figure BDA0001794007140000073
第i个航天器的期待位置相对于编队中心的位置为ρiF，则上述三者满足关系
Figure BDA0001794007140000074
定义相对位置误差为
Figure BDA0001794007140000075
第i个航天器的期待速度为
Figure BDA0001794007140000076
则相对速度误差为
Figure BDA0001794007140000077
航天器编队飞行过程相对位置误差动力学模型为：
Figure BDA0001794007140000078
Figure BDA0001794007140000079
其中，
Figure BDA00017940071400000710
根据实际航天器编队飞行系统，考虑四颗质量均为100kg的航天器构成的航天器编队飞行系统，则m1＝m2＝m3＝m4＝100kg；设定虚拟领航者运行在椭圆轨道上，轨道要素可选为ac＝7000km，ec＝0.02,θ(0)＝0rad；外部干扰力为d＝0.01[sin(t),cos(t),sin(t)]TN；初始时刻四颗航天器运行在以虚拟领航者为中心，半径为500m的空间圆上，组成正四边形编队构型，且存在一定的队形初始偏差，要求航天器编队飞行系统整体机动到以(500,0,0)为圆心，半径为800m的空间圆上并保持正四边形队形运行；四颗航天器的初始位置分别为ρ1(0)＝[250,20,423]Tm，ρ2(0)＝[-15,-505,10]Tm，
Figure BDA00017940071400000711
ρ4(0)＝[5,500,15]Tm；编队航天器相对于编队中心的位置
Figure BDA00017940071400000712
其中，λ(t)＝1+3(1-exp(-t2/2χ))/5，
Figure BDA00017940071400000713
Figure BDA00017940071400000714
Figure BDA00017940071400000715
第二步，对航天器编队飞行系统进行通信情况描述：航天器编队飞行系统中所有航天器之间通过网络进行双向信息交流，只有邻近航天器能够进行通信；通信模型描述为带权重的无向图
Figure BDA00017940071400000716
表示由n个编队航天器的组成的节点集合；
Figure BDA00017940071400000717
表示编队航天器之间的通信路径；
Figure BDA0001794007140000081
表示第i个航天器和第j个航天器之间的通信强度系数矩阵，考虑四颗航天器构成的航天器编队飞行系统，通信情况如图4所示，以四个航天器构成的航天器编队飞行系统为例，通信强度系数aij的可选为：
Figure BDA0001794007140000082
其中，aij＝1(i≠j)表示第i个航天器和第j个航天器之间能够进行通信；aij＝0(i≠j)表示第i个航天器和第j个航天器之间不能进行通信；aii＝0(i＝j)表示航天器自身不通过通信网络进行信息交流；
Figure BDA0001794007140000083
的拉普拉斯矩阵为
Figure BDA0001794007140000084
如下：
Figure BDA0001794007140000085
第三步，基于第一步建立的航天器编队飞行过程相对位置误差动力学模型和第二步中对航天器编队飞行系统通信情况的描述，考虑通信资源受限，基于事件触发策略，设计虚拟速度控制器：
Figure BDA0001794007140000086
其中，k1表示虚拟速度控制器的增益，为了取得较好的控制效果，通过调参，可以取得优选值为k1＝0.1；第i个航天器的相对位置误差的测量误差为
Figure BDA0001794007140000087
其中，
Figure BDA0001794007140000088
表示第i个航天器最近一次触发事件时刻，设定初始时刻为第一次触发时刻；
Figure BDA0001794007140000089
为第i个航天器上一次的更新输出；定义事件触发函数为：
Figure BDA00017940071400000810
其中，0＜α＜1/2为输出误差调节增益，通过调参，选为α＝0.3；δ0＞0，δ1＞0为正的调节常数，通过调参，选为δ0＝0.1，δ1＝0.1。
基于上述设计的事件触发函数，本发明采取的事件触发策略为：当第i个航天器的事件触发函数fi(t,ei(t))＞0，则第i个航天器触发一次事件，用当前时刻的相对位置误差更新虚拟速度控制器，并且把当前更新的相对位置误差信息传递给相邻的航天器，同时ei(t)被置为零；当第i个航天器接收到邻居传递的更新的相对位置误差信息时，立刻更新自己的虚拟速度控制器。在两次事件触发时刻之间，编队航天器之间不需要互相通信，
Figure BDA0001794007140000091
保持不变。
第四步，基于步骤三设计的虚拟速度控制器，定义辅助变量
Figure BDA0001794007140000092
表示第i个航天器真实速度与虚拟速度的误差，设计实际的控制输入为：
ui＝miLi-dm sgn(si)-k2si
其中，k2＞0为可调节的增益，通过调参，选为k2＝0.1；dm＞0为用于补偿干扰的正常数，满足dm≥||di||；通过调参，dm＝0.02；sgn(·)表示符号函数。实际的控制输入ui可以保证编队航天器的实际速度收敛至虚拟速度，因此整个航天器编队飞行系统能够实现在通讯资源受限和外部干扰作用下的整体机动和构型保持。
通过Matlab仿真，可以得到基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法，可以实现存在通信资源有限和外部扰动的作用下，航天器编队飞行系统整体位置机动同时构型不变，本方法具有较强的抗干扰能力且能够有效减少编队航天器之间通讯量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：考虑存在外部扰动情况下，建立航天器编队飞行过程相对位置误差动力学模型；
S2：基于图论，对航天器编队飞行系统进行通信情况描述；
S3：考虑通信资源受限，基于事件触发策略设计虚拟速度控制器；
S4：基于虚拟速度控制器设计实际的控制输入；
S1中，考虑存在外部扰动情况下，假设航天器编队飞行系统由n个航天器构成，以地心为原点，建立地心惯性坐标系；设定虚拟领航者，以虚拟领航者为原点，建立虚拟航天器参考坐标系LVLH；虚拟领航者相对于地心的位置为Rc＝[Rc,0,0]T，运行于真近点角为θ，半长轴为ac，离心率为ec的椭圆轨道，其中
Figure FDA0002406941020000011
表示虚拟领航者与地心在x轴方向上的距离；在虚拟航天器参考坐标系LVLH下，航天器编队飞行过程相对位置动力学模型为：
Figure FDA0002406941020000012
Figure FDA0002406941020000013
其中，ρi＝[ρix,ρiy,ρiz]T表示第i个航天器相对于虚拟领航者的位置，其中，ρix，ρiy，ρiz分别为第i个航天器相对于虚拟领航者在x轴，y轴，z轴上的距离；vi＝[vix,viy,viz]T表示第i个航天器相对于虚拟领航者的速度，其中，vix，viy，viz分别为第i个航天器相对于虚拟领航者在x轴，y轴，z轴上的速度；mi表示第i个航天器的质量；di表示第i个航天器受到的外部扰动力；ui表示第i个航天器的实际的控制输入；
Figure FDA0002406941020000014
表示第i个航天器的科氏力和离心力矩阵,其中，
Figure FDA0002406941020000015
为虚拟领航者真近点角θ的一阶导数；
Figure FDA0002406941020000016
表示第i个航天器的时变非线性项，如下：
Figure FDA0002406941020000017
其中，
Figure FDA0002406941020000021
为虚拟领航者真近点角θ的二阶导数；μ表示地心引力常数；
Figure FDA0002406941020000022
反映虚拟领航者的平均运动；
Figure FDA0002406941020000023
表示第i个航天器相对于地心的距离；ni(Ri,Rc)表示第i个航天器的重力矩阵，定义如下：
Figure FDA0002406941020000024
在此基础上，在虚拟航天器参考坐标系LVLH下，建立相对位置误差动力学模型，记第i个航天器的期待位置为ρi d；编队中心位置为
Figure FDA0002406941020000025
第i个航天器的期待位置相对于编队中心位置为ρi F，则上述三者满足关系
Figure FDA0002406941020000026
定义相对位置误差为
Figure FDA0002406941020000027
第i个航天器的期待速度为
Figure FDA0002406941020000028
则相对速度误差为
Figure FDA0002406941020000029
航天器编队飞行过程相对位置误差动力学模型为：
Figure FDA00024069410200000210
Figure FDA00024069410200000211
其中，
Figure FDA00024069410200000212
S2中，所述对航天器编队飞行系统进行通信情况描述：假设航天器编队飞行系统中所有航天器之间通过网络进行双向信息交流，只有邻近航天器能够进行通信；通信模型描述为带权重的无向图
Figure FDA00024069410200000213
其中，
Figure FDA00024069410200000214
表示由n个编队航天器组成的节点集合；
Figure FDA00024069410200000215
表示编队成员之间的通信路径；
Figure FDA00024069410200000216
表示第i个航天器和第j个航天器之间的通信强度系数矩阵，通信强度系数aij的定义为：
Figure FDA00024069410200000217
其中，aij>0(i≠j)表示第i个航天器和第j个航天器之间能够进行通信；aij＝0(i≠j)表示第i个航天器和第j个航天器之间不能进行通信；aij＝0(i＝j)表示航天器自身不通过通信网络进行信息交流；
Figure FDA00024069410200000218
的拉普拉斯矩阵为
Figure FDA00024069410200000219
其中
Figure FDA00024069410200000220
(i＝j)，lij＝-aij(i≠j)；
S3中，所述基于事件触发策略设计虚拟速度控制器是基于S1中建立的编队飞行过程相对位置误差动力学模型和S2中的编队航天器通信情况，考虑通信资源受限，基于事件触发策略来设计虚拟速度控制器，所述虚拟速度控制器为：
Figure FDA0002406941020000031
其中，Ni表示第i个航天器邻居的集合；k1>0，表示虚拟速度控制器的增益；定义第i个航天器的相对位置误差的测量误差为：
Figure FDA0002406941020000032
其中，
Figure FDA0002406941020000033
表示第i个航天器最近一次触发事件的时刻，
Figure FDA0002406941020000034
为第i个航天器上一次的更新输出；定义事件触发函数为：
Figure FDA0002406941020000035
其中，0<α<1/2为输出误差的调节增益；δ0>0，δ1>0为正的调节常数；
基于上述设计的事件触发函数，本方法采取的事件触发策略为：当第i个航天器的事件触发函数fi(t,ei(t))>0时，则第i个航天器触发一次事件，用当前时刻的相对位置误差更新虚拟速度控制器，并且把当前更新的相对位置误差信息传递给相邻的航天器，同时ei(t)被置为零；当第i个航天器接收到邻居传递的更新的相对位置误差信息时，立刻更新自己的虚拟速度控制器；在两次事件触发时刻之间，编队航天器之间不需要互相通信，
Figure FDA0002406941020000036
保持不变；
S4中，定义辅助变量
Figure FDA0002406941020000037
表示第i个航天器真实速度与虚拟速度的误差，基于S3设计的虚拟速度控制器，设计实际的控制输入为：
ui＝miLi-dm sgn(si)-k2si
其中，k2>0为可调节的增益；dm>0为用于补偿干扰的正常数，满足dm≥||di||；sgn(·)表示符号函数。
CN201811048895.0A 2018-09-10 2018-09-10 基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法 Active CN109002058B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811048895.0A CN109002058B (zh) 2018-09-10 2018-09-10 基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811048895.0A CN109002058B (zh) 2018-09-10 2018-09-10 基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109002058A CN109002058A (zh) 2018-12-14
CN109002058B true CN109002058B (zh) 2020-04-24

Family

ID=64591561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811048895.0A Active CN109002058B (zh) 2018-09-10 2018-09-10 基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109002058B (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109471448A (zh) * 2018-12-27 2019-03-15 西北工业大学 一种基于事件驱动的柔性航天器姿态控制方法
CN109765921B (zh) * 2019-03-04 2021-03-19 北京航空航天大学 一种保证通信且避免碰撞的航天器编队协同控制方法
CN111439392B (zh) * 2019-09-24 2021-12-24 上海航天控制技术研究所 一种航天器编队位置协同控制方法
CN110703795B (zh) * 2019-09-27 2020-09-15 南京航空航天大学 一种基于切换拓扑的无人机群协同安全控制方法
CN110703761B (zh) * 2019-10-30 2021-09-21 华南理工大学 一种基于事件触发的网络化自主车队调度与协同控制方法
CN110879599B (zh) * 2019-12-12 2022-05-31 大连海事大学 一种基于有限时间扰动观测器的固定时间编队控制方法
CN111273671B (zh) * 2020-03-03 2022-05-31 大连海事大学 一种智能船舶的非周期通讯远程观测器
CN112099525B (zh) * 2020-08-31 2021-10-15 北京航空航天大学 一种航天器编队飞行低通讯连通保持协同控制方法
CN112363389B (zh) * 2020-11-11 2022-07-05 西北工业大学 一种针对单主多从遥操作模式的共享自主编队规划控制方法
CN112558471B (zh) * 2020-11-24 2022-05-24 西北工业大学 一种基于动态事件触发的航天器编队离散分布式非合作博弈方法
CN112527015B (zh) * 2020-12-04 2023-05-05 广东工业大学 一种基于事件触发的消防无人机编队滑模控制方法
CN112882390B (zh) * 2021-01-19 2022-05-20 杭州电子科技大学 航天器交会系统有限时间输出反馈控制方法
CN113009930B (zh) * 2021-03-05 2022-02-11 北京航空航天大学 一种无人飞艇编队飞行轨迹跟踪控制方法及系统
CN112947503B (zh) * 2021-03-10 2023-09-05 中国人民解放军海军潜艇学院 一种水下滑翔机编队的协同控制方法
CN113220022B (zh) * 2021-05-06 2022-08-09 西北工业大学 基于事件触发估计信息传输的飞行编队有限时间自适应控制方法
CN113608540B (zh) * 2021-06-29 2022-07-05 北京理工大学 一种比例积分型事件触发航天器姿态控制方法
CN113359861B (zh) * 2021-07-22 2022-06-10 北京航空航天大学 一种无人飞艇编队飞行控制方法及系统
CN113848896A (zh) * 2021-09-17 2021-12-28 华东师范大学 一种基于事件触发扩张状态观测器的分布式车辆队列控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102081404A (zh) * 2011-01-27 2011-06-01 西北工业大学 一种通信约束下双无人机协同目标跟踪方法
CN103246289A (zh) * 2013-05-07 2013-08-14 西北工业大学 带通信约束的多无人机协同搜索中的目标分配方法
CN105138010A (zh) * 2015-08-31 2015-12-09 哈尔滨工业大学 一种编队卫星分布式有限时间跟踪控制方法
CN106896817A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于粘滞阻尼振荡模型的多auv编队控制方法
CN106896824A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于目标函数的多auv编队控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9073624B2 (en) * 2013-12-09 2015-07-07 The Boeing Company Methods and apparatus to cooperatively lift a payload

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102081404A (zh) * 2011-01-27 2011-06-01 西北工业大学 一种通信约束下双无人机协同目标跟踪方法
CN103246289A (zh) * 2013-05-07 2013-08-14 西北工业大学 带通信约束的多无人机协同搜索中的目标分配方法
CN105138010A (zh) * 2015-08-31 2015-12-09 哈尔滨工业大学 一种编队卫星分布式有限时间跟踪控制方法
CN106896817A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于粘滞阻尼振荡模型的多auv编队控制方法
CN106896824A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于目标函数的多auv编队控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
星间通信受限航天器姿态协同控制方法研究;解延浩 等;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊） 工程科技II辑》;20180215(第2期);C031-474 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109002058A (zh) 2018-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109002058B (zh) 基于事件触发的航天器编队飞行相对位置协同控制方法
CN108897340B (zh) 一种通信和计算约束下航天器编队飞行相对位置控制方法
Glida et al. Optimal model-free backstepping control for a quadrotor helicopter
CN111522361B (zh) 主-从模式的多无人机编队一致性控制方法
Ihle et al. Passivity-based designs for synchronized path-following
CN109765921B (zh) 一种保证通信且避免碰撞的航天器编队协同控制方法
CN111766899A (zh) 一种基于干扰观测器的四旋翼无人机集群抗干扰编队控制方法
Klausen et al. Cooperative path-following for multirotor UAVs with a suspended payload
CN110825116B (zh) 基于时变网络拓扑的无人机编队方法
CN109459041A (zh) 一种微纳星群变迁规划与控制方法
CN111439392B (zh) 一种航天器编队位置协同控制方法
CN111948942B (zh) 一种多架旋翼飞行器协作搬运的能量优化方法
CN115639830A (zh) 一种空地智能体协同编队控制系统及其编队控制方法
CN115108053A (zh) 基于事件触发的空间多星协同编队控制方法
CN113885570B (zh) 基于旋转势场的卫星编队重构控制方法
Rego et al. Cooperative path-following control with logic-based communications: Theory and practice
CN112099525B (zh) 一种航天器编队飞行低通讯连通保持协同控制方法
CN111949040B (zh) 高效利用空间无线资源的卫星编队姿态协同跟踪控制方法
Aguiar Single and multiple motion control of autonomous robotic vehicles
He et al. Leader-following formation tracking for multiple quadrotor helicopters over switching networks
Yecheskel et al. Modeling and Control of a Hexacopter with a Rotating Seesaw
CN114415734B (zh) 基于adp和避障机制的四旋翼无人机编队重构控制系统
Guo et al. Event-Triggered Adaptive Sliding Mode Attitude Containment Control for Microsatellite Cluster under Directed Graph
CN114153230A (zh) 一种基于改进虚拟力场引导的无人机编队飞行控制方法
CN114933026A (zh) 一种大规模星群变迁的自主避障控制与拓扑优化方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant