一种基于模糊线性化理论的卫星集群姿态跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种新型卫星集群姿态跟踪控制方法，首先构建卫星集群姿态跟踪误差系统的动力学及运动学模型，再利用模糊线性化理论将误差系统模型进行模糊线性化处理，得到由多组模糊逻辑构成的模糊系统；针对模糊系统设计分布式协同控制律，将控制律代入模糊系统得到闭环系统，并将该闭环系统进行等价转化，再利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式方法分析等价系统的性能，设计控制器参数。本发明专利技术方法能够在较小的输入时延下实现快速的姿态同步跟踪，在较大的输入时延下能够保证系统具有较好的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊线性化理论的卫星集群姿态跟踪控制方法
本专利技术属于自动控制领域，具体涉及一种卫星姿态控制方法。
技术介绍
针对卫星集群姿态跟踪控制，现有技术做了一定的研究，参考文献“Decentralizedrobustadaptivecontrolforattitudesynchronizationunderdirectedcommunicationtopology，JournalofGuidanceControlandDynamics，2011，34(4)，1276-1282”公开了一种卫星集群姿态同步控制方法。该方法将卫星姿态模型中的非线性项作为控制补偿项反馈到控制系统中，设计了多星姿态同步跟踪控制算法。在实际应用中，各类电子元件及电路系统本身的属性导致控制系统中不可避免的存在时延，卫星集群系统在信息交互过程中也会产生通信时延。时延的存在将对控制系统性能产生影响，甚至破坏系统的稳定性。该文献中并未考虑时延问题，直接应用参考文献中设计的方法处理时延问题将导致系统性能较差，在较大时延下系统甚至将不稳定。专利技术内容为了克本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊线性化理论的卫星集群姿态跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：构建卫星集群姿态跟踪误差系统的动力学及运动学模型；/n定义卫星的实际姿态动力学及运动学模型如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊线性化理论的卫星集群姿态跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：构建卫星集群姿态跟踪误差系统的动力学及运动学模型；
定义卫星的实际姿态动力学及运动学模型如下：



式中，Ji表示卫星惯性矩阵，ωi(t)表示卫星本体坐标系相对于惯性坐标系的姿态角速度向量，表示向量ωi(t)的斜对称矩阵；ui(t)和fi(t)分别表示卫星的控制输入和干扰输入，τ(t)表示输入时延变量，且和其中和ρ为给定的正数；qi(t)和qi0(t)分别表示卫星姿态四元数的矢量和标量部分，表示矢量qi(t)的斜对称矩阵；I3表示3阶单位矩阵，i表示第i个卫星，t表示时间；
定义卫星的期望姿态运动学模型如下：



式中，θi(t)和θi0(t)分别表示卫星期望姿态四元数的矢量和标量部分，表示矢量θi(t)的斜对称矩阵；vi(t)表示卫星期望姿态的体坐标系相对于惯性坐标系的姿态角速度；
由式(1)和式(2)，构建卫星实际姿态与期望姿态之间的误差模型如下：



式中，ei(t)＝ωi(t)-χi(t)vi(t)表示实际姿态体坐标系相对于期望姿态体坐标系的角速度，即姿态角速度跟踪误差；表示相对于的状态转移矩阵；表示ei(t)的斜对称矩阵；

和分别表示卫星姿态跟踪误差四元数的矢量和标量部分，表示的斜对称矩阵：






令卫星的惯性矩阵Ji由标称部分J0和非标称部分构成，即
将标称惯性矩阵J0构建为J0＝j0I3，其中j0为一个给定正数；
因此将式(3)中的第1个等式化为如下形式：



式中，



由斜对称矩阵性质，将式(4)化作如下形式：



式中，
令和其中O3×3表示3×3阶的零矩阵，利用式(3)中的第2、3个等式和式(6)，得到如下状态空间方程：



式中，



令D＝[BO6×3]和fic(t)＝[fib(t)TO1×3]T，其中O6×3和O1×3分别表示6×3阶和1×3阶的零矩阵，则式(7)转化为最终的误差系统模型：



步骤2：构建由多组模糊逻辑构成的模糊系统；
令和vi(t)＝[vi1(t)vi2(t)vi3(t)]T，其中表示3维向量的3个分量，vi1(t)、vi2(t)、vi3(t)表示3维向量vi(t)的3个分量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卓，李慧平，张守旭，崔荣鑫，严卫生，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61