空间太阳能电站能量传输多智能体协同控制方法技术

本发明专利技术提供一种空间太阳能电站能量传输多智能体协同控制方法，涉及多航天器协同控制技术领域。在晨昏太阳同步轨道上的空间太阳能电站将太阳能进行收集转换，通过波束集中控制发射装置发射到和其距离最近的位于地球静止轨道的空间太阳能电站，继而通过姿态协同控制将能量传输到地球静止轨道上带有能量收集转换装置和波束集中控制发射装置的空间太阳能电站，再通过波束集中控制发射装置发射到地面接受站，地面将波信号转为电信号，实现电能利用。本发明专利技术通过空间太阳能电站之间的姿态协同控制实现能量传输的多级转换，将太阳能传输到地面上，有效的解决了能源问题，具有能量利用率高、安全性较好、有希望彻底解决能源危机等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
空间太阳能电站能量传输多智能体协同控制方法


[0001]本专利技术涉及多航天器协同控制
，尤其涉及一种空间太阳能电站能量传输多智能体协同控制方法。

技术介绍

[0002]空间太阳能电站也称太阳能发电卫星(简称SPS)，是一种在地球同步轨道上运行的可作为发电站的卫星，它所携带的太阳能电池板始终朝着太阳方向，每年将有277天是全日照，仅在春分、秋分前后各有45天出现地球阴影，最长停电时间不超过75分钟，即空间太阳能电站99％的时间都可以发电，电池板吸收能量后再经过微波或激光的方式传回地球，但激光的危害性与能量衰减程度很强，微波技术的安全性较好、技术相对成熟，有较高的利用率，于是选择微波的方式传输至地球，地面利用接收转换装置将接收到的波信号转为电信号，以实现电能利用。
[0003]编队卫星的协同工作是一个非常复杂的任务，多数情况下，为了实现既定的航天任务，编队卫星必须精确的保持它们之间的队形。重构队形是实现编队飞行任务的关键技术之一，由于长期受到各种扰动力(如J2摄动、空气阻力、日月引力、太阳光压等)的影响，卫星会偏离既定轨道，队形也随之改变。另一方面，当队形需要重新调整时(如飞行任务发生变化、编队中某些卫星失效、新的卫星进入编队等)，编队卫星又必须组成新的队形。这时，就必须对编队卫星进行协同控制。
[0004]空间太阳能电站编队飞行系统是一个复杂的大型系统，由多个分布式子系统组成。每一个子系统中都有单独的控制器来分别调整各自的姿态。在调节自身的同时，所有空间太阳能电站成员必须要保证整个太阳能电站编队的稳定性,这就需要进行协同控制的设计方法。
[0005]按照控制算法产生的空间位置不同这一点进行划分，空间太阳能电站编队协同控制方法可以分为:集中式控制和分布式控制。在集中式控制方式中，主太阳能电站产生控制方案来控制整个编队系统，并将协同控制信号通过星间的通讯链路传递给系统中的其他子系统。各子系统按照该控制信号调节实现协同效果。但是一旦受到外界干扰或者通讯链路不稳定时，主太阳能电站与子系统之间的通讯就可能中断，影响系统的协同稳定性。与此同时，集中式控制方式需要处理和传送大量数据，实现系统控制就会非常复杂。而分布式控制指的是各个子系统将自身的信息和相邻子系统的信息结合产生的控制方式。同时，也可以将集中式控制与分布式控制结合，以产生协同控制的信号。和集中式控制相比，分布式控制容错率高，设计方式简便。当整个系统中的某一个子系统出现故障时，不影响其他子系统的控制方式，而且一般情况下不会影响整个系统的稳定性。因此，有必要设计一种用于空间太阳能电站能量传输的多智能体协同控制方法，用以解决现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种空间太阳能电站
能量传输多智能体协同控制方法，通过空间太阳能电站之间的姿态协同实现能量传输的多级转换，通过能量收集转换装置和波束集中控制发射装置将太阳能传输到地面上，有效的解决能源问题，具有能量利用率高、安全性较好、有希望彻底解决能源危机等优点。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0008]一种空间太阳能电站能量传输多智能体协同控制方法，该方法中包括一个协同控制系统，需要依次执行K次协同控制系统总流程，K表示地球在地球轨道上围绕太阳运行的K个不同位置，在每一个位置均执行一次协同控制系统总流程；协同控制系统包括n个均匀分布在地球静止轨道上的空间太阳能电站和m个设置在晨昏太阳同步轨道上的空间太阳能电站；每次执行的协同控制系统总流程均包括依次执行的m次协同控制子流程；
[0009]n个均匀分布在地球静止轨道上的空间太阳能电站包括n-1个带有能量收集转换装置的空间太阳能电站和一个带有能量收集转换装置和波束集中控制发射装置的空间太阳能电站，所述地球静止轨道上的n个空间太阳能电站相对位置固定，形成一个闭环的能量传输链；m个设置在晨昏太阳同步轨道上的空间太阳能电站均设有能量收集转换装置和波束集中控制发射装置，所有晨昏太阳同步轨道上的空间太阳能电站始终面向太阳；
[0010]所述协同控制子流程的方法如下：
[0011]某次协同控制系统总流程中的晨昏太阳同步轨道上任意一个空间太阳能电站将太阳能进行收集转换，通过波束集中控制发射装置将能量发射到与之距离最近的位于地球静止轨道的空间太阳能电站上；
[0012]位于地球静止轨道上的空间太阳能电站在接受能量后将能量传输到位于地球静止轨道上带有能量收集转换装置和波束集中控制发射装置的空间太阳能电站上；
[0013]位于地球静止轨道上带有能量收集转换装置和波束集中控制发射装置的空间太阳能电站将接收到的太阳能进行收集转换，通过波束集中控制发射装置将能量发射到地面接受站，地面接受站利用接收转换装置将接收到的波信号转为电信号，实现电能利用；
[0014]将地球静止轨道上1
→
n颗空间太阳能电站按照顺序依次排列，令晨昏太阳同步轨道上任意一个空间太阳能电站将能量传输给地球静止轨道上第i颗空间太阳能电站，i＝1、2、
…
、n；
[0015]按照排列顺序规定i
→
i+1
→
n
→
1方向为地球静止轨道上空间太阳能电站能量传输逆时针方向，1为末端输出；i
→
i-1
→
1方向为地球静止轨道上空间太阳能电站能量传输顺时针方向；
[0016]能量在地球静止轨道顺时针传输的距离S
顺
等于地球静止轨道上第i个空间太阳能电站与第i-1个空间太阳能电站能量传输的最短距离、第i-1个空间太阳能电站与第i-2个空间太阳能电站能量传输的最短距离、
……
、第1个空间太阳能电站与第n个空间太阳能电站能量传输的最短距离的和；能量在地球静止轨道逆时针传输的距离S
逆
等于地球静止轨道上第i个空间太阳能电站与第i+1个空间太阳能电站能量传输的最短距离、
……
、第i+1个空间太阳能电站与第i+2个空间太阳能电站能量传输的最短距离、
……
、第n-1个空间太阳能电站与第n个空间太阳能电站能量传输的最短距离的和；
[0017]当能量在地球静止轨道顺时针传输的距离S
顺
与逆时针传输的距离S
逆
不等时，判断S
顺
是否小于S
逆
；若S
顺
小于S
逆
，则在地球静止轨道上能量顺时针传输；若S
顺
大于S
逆
，则在地球静止轨道上能量逆时针传输；当S
顺
与S
逆
相等时，在地球静止轨道上的空间太阳能电站直接
将能量传输到地面接收站。
[0018]建立地心惯性坐标系{A}，以地心为坐标原点，y轴在地球赤道平面上且正方向指向春分点，z轴在晨昏太阳同步轨道平面上且正方向指向北极，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间太阳能电站能量传输多智能体协同控制方法，其特征在于：该方法中包括一个协同控制系统，需要依次执行K次协同控制系统总流程，K表示地球在地球轨道上围绕太阳运行的K个不同位置，在每一个位置均执行一次协同控制系统总流程；协同控制系统包括n个均匀分布在地球静止轨道上的空间太阳能电站和m个设置在晨昏太阳同步轨道上的空间太阳能电站；每次执行的协同控制系统总流程均包括依次执行的m次协同控制子流程；n个均匀分布在地球静止轨道上的空间太阳能电站包括n-1个带有能量收集转换装置的空间太阳能电站和一个带有能量收集转换装置和波束集中控制发射装置的空间太阳能电站，所述地球静止轨道上的n个空间太阳能电站相对位置固定，形成一个闭环的能量传输链；m个设置在晨昏太阳同步轨道上的空间太阳能电站均设有能量收集转换装置和波束集中控制发射装置，所有晨昏太阳同步轨道上的空间太阳能电站始终面向太阳；所述协同控制子流程的方法如下：某次协同控制系统总流程中的晨昏太阳同步轨道上任意一个空间太阳能电站将太阳能进行收集转换，通过波束集中控制发射装置将能量发射到与之距离最近的位于地球静止轨道的空间太阳能电站上；位于地球静止轨道上的空间太阳能电站在接受能量后将能量传输到位于地球静止轨道上带有能量收集转换装置和波束集中控制发射装置的空间太阳能电站上；位于地球静止轨道上带有能量收集转换装置和波束集中控制发射装置的空间太阳能电站将接收到的太阳能进行收集转换，通过波束集中控制发射装置将能量发射到地面接受站，地面接受站利用接收转换装置将接收到的波信号转为电信号，实现电能利用；将地球静止轨道上1
→
n颗空间太阳能电站按照顺序依次排列，令晨昏太阳同步轨道上任意一个空间太阳能电站将能量传输给地球静止轨道上第i颗空间太阳能电站，i＝1、2、...、n；按照排列顺序规定i
→
i+1
→
n
→
1方向为地球静止轨道上空间太阳能电站能量传输逆时针方向，1为末端输出；i
→
i-1
→
1方向为地球静止轨道上空间太阳能电站能量传输顺时针方向；能量在地球静止轨道顺时针传输的距离S
顺
等于地球静止轨道上第i个空间太阳能电站与第i-1个空间太阳能电站能量传输的最短距离、第i-1个空间太阳能电站与第i-2个空间太阳能电站能量传输的最短距离、
……
、第1个空间太阳能电站与第n个空间太阳能电站能量传输的最短距离的和；能量在地球静止轨道逆时针传输的距离S
逆
等于地球静止轨道上第i个空间太阳能电站与第i+1个空间太阳能电站能量传输的最短距离、
……
、第i+1个空间太阳能电站与第i+2个空间太阳能电站能...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨靖宇，郝运，丁赟，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：