一种航天器编队轨道协同与连通性保持控制方法技术

本发明专利技术公开了一种航天器编队轨道协同与连通性保持控制方法，属于航空航天技术领域。本发明专利技术针对航天器编队控制协同控制任务，通过航天器相对运动建模，构建航天器编队动力学模型；通过势函数设计，在空间中构建虚拟势场，使得势函数在期望构型处取得极小值，从而保证航天器间的轨道协同与连通性，使得航天器保持期望相对状态；采用预设性能控制方法，在预定时间内，以预定精度将航天器控制至期望相对位置。本发明专利技术采用人工势函数与预设性能控制的思想，精确有效的完成了航天器编队与控制。精确有效的完成了航天器编队与控制。精确有效的完成了航天器编队与控制。

【技术实现步骤摘要】
一种航天器编队轨道协同与连通性保持控制方法


[0001]本专利技术属于航空航天
，特别是指一种航天器编队轨道协同与连通性保持控制方法。

技术介绍

[0002]微小航天器以其成本低廉、灵活性好、可靠性高等优点，在对地探测、故障卫星维护、空间碎片清理以及深空探测等领域得到了广泛的应用。为实现其复杂功能，需要在通信网络始终处于连通状态下通过分布式协同控制完成编队协同。现有的航天器编队协同控制方法主要包括：多输入多输出法、循环方法、行为方法、虚拟结构方法和主从式方法等[1]。基于行为的编队控制主要思想是将整个任务分解多个不同的行为，例如避免碰撞、队形重构、队形保持和目标跟踪等[2]。文献[3]将整个任务分解为碰撞规避、队形保持、速度协同以及期望构型等不同的行为，实现了深空探测航天器编队的协同控制。该文献通过加权来实现各个任务的分配，对不同行为之间发生冲突的情形考虑比较有限。为了解决上述问题，文献[4]通过将低优先级的任务投影到高优先级子任务的零空间上，保证在多个子任务发生冲突时优先完成高优先级的子任务。虚拟结构法是另一个重要的编队控制方法，其主要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天器编队轨道协同与连通性保持控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立航天器编队动力学模型；步骤二，设计人工势函数；步骤三，使用预设性能控制进行编队协同控制。2.根据权利要求1所述的一种航天器编队轨道协同与连通性保持控制方法，其特征在于，步骤一的具体方式如下：在地心惯性坐标系中，服务航天器和目标航天器轨道动力学方程为：在地心惯性坐标系中，服务航天器和目标航天器轨道动力学方程为：在地心惯性坐标系中，服务航天器和目标航天器轨道动力学方程为：在地心惯性坐标系中，服务航天器和目标航天器轨道动力学方程为：其中，r为航天器位置矢量，v为航天器速度矢量，μ为地球引力参数，f表示作用于航天器上的除了推进力与引力以外的其它全部力所带来的加速度，F为服务航天器上的控制力，m为航天器质量，下标c表示参考航天器，下标i表示航天器编号；将式(1)与式(3)联立，得到航天器i与参考航天器的相对运动动力学方程在惯性坐标系中的表达式：其中，ρ为相对位置矢量；将上述方程转换到目标航天器轨道坐标系之中，重力场一阶近似，并转换为标量形式，得到得到得到其中，θ为真近点角，[x，y，z]
T
为相对位置矢量在LVLH坐标系下的投影，f
x
、f
y
、f
z
为引力以外合力在[x，y，z]
T
下的分量；假设航天器运行于近圆轨道，此时上式转化为假设航天器运行于近圆轨道，此时上式转化为假设航天器运行于近圆轨道，此时上式转化为其中，n为目标航天器轨道角速度，u＝[u
x
，u
y
，u
z
]
T
为服务航天器的控制输入。3.根据权利要求2所述的一种航天器编队轨道协同与连通性保持控制方法，其特征在于，步骤二的具体方式如下：将人工势函数ψ
ij
定义为航天器i和j之间距离||p
ij
||的函数，ψ是连续可微的非负函数，其定义如下：当||p
ij
||≤Δ时，
当||p
ij
||＞Δ时，其中，Δ为航天器最大通信距离，δ
ij
为航天器i与j的安全距离，为航天器i与j的期望距离，分别表示排斥函数、吸引势函数、记忆编队协同势函数，并满足如下四个性质：(1)ψ
ij
＝ψ
ji
，且其中为偏导算子，p
i
、p
j
分别为航天器i和j的位置；(2)在区间上单调递减，和在区间上单调递增；(3)均在处取得最小值，且成立；(4)当||p
ij
...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳锴，雷耀麟，刘厦，宗茂，李思男，何文志，薛向宏，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：