一种输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法技术

本发明专利技术涉及一种输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法，属于多航天器编队飞行技术领域；该方法吸取双幂次算法可使编队系统快速稳定、动态调整函数优化控制增益进而减少饱和发生率、饱和函数控制输入饱和限幅、自适应律抑制干扰和补偿惯量时变不确定性等方法的优势，提出一种输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法，能够使得航天器编队成员快速的完成姿态协同跟踪。本发明专利技术综合考虑了输入饱和、干扰、惯量时变等影响，完善了输入饱和协同跟踪控制策略，能够使协同跟踪误差系统快速的稳定，进一步提高了控制系统的鲁棒性和实用性。

An adaptive attitude tracking control method based on input saturation

The invention relates to an input saturation adaptive attitude cooperative tracking control method, which belongs to the field of multi-spacecraft formation flying technology; the method absorbs the double power algorithm to make the formation system fast and stable, dynamically adjusts the function optimization control gain and thereby reduces the saturation rate, saturation function control input saturation limit, and adaptive. Based on the advantages of law restraining interference and compensating time-varying inertia uncertainties, an input saturation adaptive attitude cooperative tracking control method is proposed, which can make the spacecraft formation members complete attitude cooperative tracking quickly. Considering the effects of input saturation, disturbance and time-varying inertia, the invention perfects the input saturation cooperative tracking control strategy, makes the cooperative tracking error system fast and stable, and further improves the robustness and practicability of the control system.

【技术实现步骤摘要】
一种输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法
本专利技术属于多航天器编队飞行
，特别是一种输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法。
技术介绍
随着社会的发展，对地观测、在轨维护及深空探测等航天任务蓬勃发展，单一航天器的系统规模也变得越来越大，对于一些要求载荷系统具备长基线和多点同步工作能力的任务，根本无法完成。多个航天器通过编队协同工作不仅能降低任务的工作成本，而且具有更强的鲁棒性，甚至能够完成以往单个航天器不能完成的任务。在执行航天任务时，多个航天器能够协作实现功能重组，并不仅仅单个航天器功能叠加，资源、效率等方面可得到更优化的控制效果。航天器姿态协同跟踪是航天器编队飞行控制的重要特征。近年来，国内外学者在航天器编队飞行姿态协同控制方面展开了广泛的研究，提出了鲁棒自适应一致性控制、有限时间姿态协同控制、快速终端滑模面控制和切换拓扑姿态跟踪控制等方法。由于航天器所处的太空环境比较复杂，会受到重力梯度和太阳辐射等外部的干扰，同时，受到燃料消耗及太阳能帆板转动的影响，航天器惯量是时刻变化的，且变化程度未知，此外，航天器的执行力矩机构受本身的物理特性的约束，其输出力矩不可能是任意所需要的控制力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、编队中包含n个跟随航天器和1个虚拟领导者航天器，以刚体航天器为研究对象，建立其四元数姿态运动学和动力学方程；步骤2、根据坐标变换建立跟随者和领导者之间的姿态运动学和动力学误差方程；步骤3、定义误差辅助变量；步骤4、航天器编队系统的通讯拓扑包括一个有向生成树，且虚拟领导者为根节点，通过有向通讯拓扑图通信策略，得到各航天器通信相邻航天器的姿态和角速度信息；步骤5、根据步骤3中辅助变量以及获得的相邻航天器的姿态和角速度等状态信息，设计姿态协同一致性控制算法控制器；步骤6、根据自身状态信息以及获得的相邻航天器的状态信息，设计...

【技术特征摘要】
1.一种输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、编队中包含n个跟随航天器和1个虚拟领导者航天器，以刚体航天器为研究对象，建立其四元数姿态运动学和动力学方程；步骤2、根据坐标变换建立跟随者和领导者之间的姿态运动学和动力学误差方程；步骤3、定义误差辅助变量；步骤4、航天器编队系统的通讯拓扑包括一个有向生成树，且虚拟领导者为根节点，通过有向通讯拓扑图通信策略，得到各航天器通信相邻航天器的姿态和角速度信息；步骤5、根据步骤3中辅助变量以及获得的相邻航天器的姿态和角速度等状态信息，设计姿态协同一致性控制算法控制器；步骤6、根据自身状态信息以及获得的相邻航天器的状态信息，设计干扰抑制和惯量变化补偿控制器；步骤7、根据自身的状态信息，设计快速稳定控制器；步骤8、设计动态优化参数，得到自适应姿态协同跟踪控制器；步骤9、设计输入饱和自适应姿态协同跟踪控制器，判断步骤8中自适应姿态协同跟踪控制器是否达到饱和，如果达到饱和，控制器输入力矩饱和限幅值，如果没有达到饱和值，控制器输入值为完成任务所需的小于限幅值的控制力矩。2.根据权利要求1所述的输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，步骤1建立的四元数姿态运动学和动力学方程为：其中，是姿态单位四元数矢量，ωi∈R3表示航天器本体坐标系相对惯量坐标系角速度矢量，I表示单位矩阵，Ji∈R3×3是航天器惯量矩阵，τi∈R3和τid∈R3分别表示航天器的控制力矩和外部有界干扰力矩；·代表变量的导数，即分别是姿态四元数和角速度的导数，×表示斜对称矩阵含义，即是ωi＝[ωi1,ωi2,ωi3]T的斜对称矩阵3.根据权利要求2所述的输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，步骤2中姿态运动学和动力学误差方程如下:其中，和是姿态四元数误差且满足ωie＝ωi-Niωr是角速度误差，和ωr∈R3分别是领导者的姿态单位四元数矢量和角速度矢量，是坐标旋转矩阵。4.根据权利要求3所述的输入饱和自适应姿态协同跟踪控制方法，其特征在于，步骤3具体为：定义误差辅助变量Si＝βqie+ωie，其时间导数为式中，β＞0，且满足φi＝1+||ω...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭毓，朱志浩，虞文杰，朱锐，王璐，郭健，吴益飞，陈庆伟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32