<listing id="vjp15"></listing><menuitem id="vjp15"></menuitem><var id="vjp15"></var><cite id="vjp15"></cite>
<var id="vjp15"></var><cite id="vjp15"><video id="vjp15"><menuitem id="vjp15"></menuitem></video></cite>
<cite id="vjp15"></cite>
<var id="vjp15"><strike id="vjp15"><listing id="vjp15"></listing></strike></var>
<var id="vjp15"><strike id="vjp15"><listing id="vjp15"></listing></strike></var>
<menuitem id="vjp15"><strike id="vjp15"></strike></menuitem>
<cite id="vjp15"></cite>
<var id="vjp15"><strike id="vjp15"></strike></var>
<var id="vjp15"></var>
<var id="vjp15"></var>
<var id="vjp15"><video id="vjp15"><thead id="vjp15"></thead></video></var>
<menuitem id="vjp15"></menuitem><cite id="vjp15"><video id="vjp15"></video></cite>
<var id="vjp15"></var><cite id="vjp15"><video id="vjp15"><thead id="vjp15"></thead></video></cite>
<var id="vjp15"></var>
<var id="vjp15"></var>
<menuitem id="vjp15"><span id="vjp15"><thead id="vjp15"></thead></span></menuitem>
<cite id="vjp15"><video id="vjp15"></video></cite>
<menuitem id="vjp15"></menuitem>

固定時間航天器編隊飛行狀態約束控制方法

文檔序號:34656209發布日期:2023-06-30 00:49閱讀:63來源:國知局
固定時間航天器編隊飛行狀態約束控制方法

本發明涉及一種固定時間航天器編隊飛行狀態約束控制方法,屬于航天器編隊飛行控制領域。


背景技術:

1、近幾十年來,航天器編隊飛行(sff)已成為對地觀測、高分辨率、深空探測等先進空間應用的重要組成技術。目前,已經提出了不同的航天器編隊飛行任務,如techsat-21、prisma等。為了完成上述任務,航天器編隊飛行的不同成員必須跟蹤各自在參考坐標系中的位置,以便進行特定的編隊構型。然而,航天器動力學的高非線性、時變干擾和不確定性使控制器設計更加困難。因此,為航天器編隊飛行設計高性能控制器仍然是一個挑戰。

2、現有對航天器編隊位置協同任務設計的控制器,可以保證被控系統的狀態漸近穩定。主要考慮的約束有模型不確定性、外部干擾、通訊時滯、被控系統的強非線性、速度量測缺失、通訊丟包等。這類控制器在滿足約束時,最大的問題就是控制算法對于狀態初始值的魯棒性不強,當一組控制參數被選定時,如果狀態初始值變化較大,那么被控系統的實際穩定時間變化也很大,甚至不穩定。

3、航天器編隊位置協同控制的另外一個約束就是成員之間的碰撞避免問題,這是一個很重要的約束問題,在實際應用中是必須考慮的。若忽略此約束問題有可能會導致成員航天器由于碰撞而遭到毀壞,最終導致整個控制任務的失敗。其在近距離編隊時尤為重要。人工勢函數(artificial?potential?function,apf)方法是處理避碰問題最常見的方法之一。將其與其他控制方法相結合設計控制器,得到了廣泛的研究。以人工勢函數為工具,結合其他控制方法設計的控制器,可以有效的避免成員航天器之間的碰撞,以及它們與障礙物之間的碰撞。還可以將人工勢函數結合滑模控制、線性控制方法等設計控制器,保證被控系統的狀態在有限的時間內穩定。

4、此外,預設性能控制(prescribed?performance?control,ppc)也可以在線實現碰撞避免的功能。它有助于確保輸出跟蹤誤差始終保持在期望性能函數所限定的區域內。也就是說,它可以限制狀態的最大超調量。通過這一點,加以合理分析編隊成員之間的相對位置關系,就可以做到成員之間的相互碰撞避免。可采用預設性能函數結合其他控制方法研究多智能體編隊成員之間的碰撞避免問題,以及與障礙物之間的碰撞避免問題。多智能體協同控制問題中,由于所處的環境中存在各種擾動,成員個體的動力學也存在不確定性,成員之間的通訊也受到介質環境和實際物理器件的影響,這些不利因素及未知量會使得所設計的控制器的控制精度降低。原因在于采用魯棒技術,不論是自適應控制、狀態觀測器、擾動觀測器、神經網絡、模糊邏輯等各種函數逼近方法,都不能完全估計未知量,這最終使得控制器的精度未知,或難以確定。也就是說,基于逼近的控制系統的編隊跟蹤誤差可被證明收斂于一個集合,其大小與控制器參數、逼近誤差的上界或外部干擾有關。然而,目前還沒有一種系統的方法來精確地求出其上界,所以無法實現固定時間位置預設性能協同控制。


技術實現思路

1、針對如何實現固定時間位置預設性能協同控制的問題,本發明提供一種避免航天器之間的碰撞的固定時間航天器編隊飛行狀態約束控制方法。

2、本發明的一種固定時間航天器編隊飛行狀態約束控制方法,包括:

3、s1、根據性能約束函數建立被控航天器的動力學模型,所述動力學模型為:

4、

5、

6、x1i表示航天器i的誤差變量,航天器序號i=1,2,…,n,n表示編隊航天器的總數量,x2i表示x1i的導數,mi′=[mix,miy,miz]t,mik表示編隊航天器中航天器i在各方向的質量,gi表示航天器i軌道參數的多項式,di表示航天器i受到的外部干擾,ui表示施加在航天器i上的推力;x1i=[εix,εiy,εiz]t,下標k=x,y,z,表示三個方向的坐標軸,ei表示航天器i與期望位置的誤差;ei=[eix,eiy,eiz]t,eik表示航天器i與期望位置在各方向上的誤差,且||eik||≤χikηik;ξi′=[ξix,ξiy,ξiz]t,ψi=[ψix,ψiy,ψiz]t,ηik=ηik(t),性能約束函數ηik(t)為:

7、

8、η0為ηik(t)的初始值,η∞為ηik(t)的終值,η0>η∞>0;

9、s2、建立航天器i的滑模面和擾動觀測器,基于動力學模型、滑模面和擾動觀測器建立協同控制律,利用協同控制律實現編隊航天器在固定時間協同控制。

10、作為優選,協同控制律uc為:

11、

12、其中,uc=[uc1;uc2;…;ucn];

13、u=[u1;u2;…;un],ui表示施加在航天器i上的推力;

14、θ4=[θ41;θ42;…;θ4n],θ4i表示航天器i的補償觀測量;

15、表示飽和補償量;

16、b=diag(bi),βi=diag(1-tanh(x2ix)2,1-tanh(x2iy)2,1-tanh(x2iz)2);

17、x2i=[x2ix,x2iy,x2iz]t;

18、l表示laplace矩陣,是通訊拓撲的鄰接矩陣;

19、ν=diag(ni),νi=diag(νix,νiy,νiz),m=diag(mi),mi=diag(mix,miy,miz),mik表示編隊航天器中航天器i在三個方向上的質量;η=diag(ηi),ηi=diag(ηix,ηiy,ηiz);ξ=diag(ξi),ξi=diag(ξix,ξiy,ξiz);

20、s表示編隊航天器有向通訊拓撲的滑模面;

21、

22、

23、虛擬控制律ud=[ud1;ud2;…;udn],udi表示航天器i的虛擬控制量,ud用于保證s在固定時間內收斂到0;

24、

25、0<γ<1;

26、0<γ3<1是一個正數,μ1>4;

27、k1、k2、k3、k6為系數,且為正的常數。

28、作為優選,編隊航天器有向通訊拓撲的滑模面s=θ1s,s=[s1;s2;…;sn],其中航天器i的滑模面si為:

29、sik=tanh(x2ik)+ks1p(x1ik/ks2)

30、其中,si=[six,siy,siz]t,x1i=[x1ix,x1iy,x1iz]t;

31、

32、參數l1和l2的選擇應保證方程p(x1ik/ks2)及其導數連續,ks1、ks2、σ3為系數,且為正的常數。

33、作為優選,虛擬控制律ud:

34、

35、其中,a=diag(ai),x2ik表示x2i在三個方向上的分量;

36、x1=[x11;x12;…;x1n],x1ik表示x1i在三個方向上的分量;g=[g1;g2;…;gn],θ2=[θ21;θ22;…;θ2n],θ2i表示擾動觀測器的觀測量;

37、0<γ2<1,k4、k5為系數,且為正的常數。

38、作為優選,擾動觀測器:

39、

40、

41、其中,p>1,ν2>0,ν3>4l1,l1是一個正數。

42、作為優選,飽和補償量為:

43、

44、其中,δuik=sat(ucik)-ucik,uci=[ucix,uciy,uciz]t表示協同控制律對航天器i在三個方向上的控制輸出,umax是由執行機構提供的控制力的最大值。

45、作為優選,航天器i的補償觀測量θ4i為:

46、

47、

48、其中,ωi=θ3i-υi,p1>1,ν5>0,ν6>4l2,l2是一個正數。

49、作為優選,利用協同控制律實現編隊航天器在固定時間抗飽和協同控制的方法為:

50、

51、

52、ui=[uix,uiy,uiz]t表示施加在航天器i上三個方向的推力,uci=[ucix,uciy,uciz]t表示協同控制律對航天器i在三個方向上的控制輸出,umax是由執行機構提供的控制力的最大值,k3≥1。

53、本發明的有益效果,在考慮輸入飽和與預設性能約束(編隊成員之間的安全距離約束和穩態誤差)的基礎上研究了航天器編隊飛行固定時間協同控制問題。通過分析航天器位置跟蹤誤差與航天器之間最小安全距離的關系,提出了一種具有固定時間收斂特性的性能約束函數來限制跟蹤誤差的超調量和穩態誤差。本發明還設計了一個新的非奇異終端滑模面,在其滑動流形建立后可以使系統狀態在固定時間內穩定。結合滑模控制、反步法、固定時間觀測器、飽和補償器和輔助系統,提出了具有輸入飽和與輸入變化率飽和的固定時間協同跟蹤控制器。

當前第1頁1 2 
網友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1
韩国伦理电影