有向通信领航跟随航天器编队简化姿态分布协同控制方法技术

本发明专利技术提出了一种有向通信领航跟随航天器编队简化姿态分布协同控制方法，首先在单位天球坐标系下描述航天器的简化姿态运动，将简化姿态运动转化为单位天球面上瞄准矢量终点的平动；其次根据一致性理论设计有向通信拓扑下的分布式协同虚拟控制量，确保跟随航天器瞄准矢量收敛到领航航天器瞄准矢量所确定的惯性空间固定指向，然后根据虚拟控制量计算出跟随航天器的理想角速度矢量；之后将跟随航天器的角速度矢量与理想角速度矢量之差作为滑模变量，设计滑模面；最后基于超扭曲二阶滑模控制方法设计跟随航天器的分布式协同控制律。本发明专利技术能够在扰动环境下确保有向通信编队的跟随航天器瞄准矢量收敛到在惯性空间固定的领航航天器瞄准矢量，降低编队通信量。降低编队通信量。降低编队通信量。

【技术实现步骤摘要】
有向通信领航跟随航天器编队简化姿态分布协同控制方法


[0001]本专利技术属于航天器姿态控制
，具体涉及有向通信下多航天器编队简化姿态的分布式协同控制。

技术介绍

[0002]航天器编队能够将传统单个大型航天器的功能分散在若干个小航天器中；小航天器之间通过相互协作能够实现大航天器的功能，并且具有成本低、适应性强、可靠性高等优势。因此，航天器编队是未来航天器发展的重要方向。
[0003]航天器编队的姿态一致性对于实现分布式天文观测、分布式合成孔径雷达等技术至关重要。在某些情况下，仅需要使航天器的瞄准矢量指向惯性空间的特定方向而无需进行三轴控制，绕瞄准矢量的旋转运动并不影响航天器的功能，这种只考虑瞄准矢量在惯性空间指向的运动称为简化姿态运动，瞄准矢量的指向即为航天器的简化姿态。简化姿态控制仅对航天器姿态的两个自由度进行稳定或跟踪，不仅可以节省燃料，而且能够避免姿态描述奇异和姿态变量冗余。
[0004]随着航天器编队规模的增加，航天器之间的通信将消耗大量的硬件资源，甚至可能导致通信拥堵，使编队失败。而有向通信可以大幅减少航天器之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有向通信领航跟随航天器编队简化姿态分布协同控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在单位天球坐标系下描述航天器的简化姿态运动，将简化姿态运动转化为单位天球面上瞄准矢量终点的平动；所述航天器编队中包括一个领航航天器和n个跟随航天器，n>0；所有编队航天器之间的通信拓扑由图描述，且存在一个有向生成树；步骤2：根据一致性理论，设计有向通信拓扑下领航跟随航天器编队简化姿态的分布式协同虚拟控制量；步骤3：基于步骤2所设计的分布式协同虚拟控制量计算跟随航天器的理想角速度矢量；步骤4：将各个跟随航天器的角速度矢量与理想角速度矢量之差作为滑模变量，构造滑模面；步骤5：基于步骤4构造的滑模面，采用超扭曲滑模控制方法设计各个跟随航天器的分布式协同控制律。2.根据权利要求1所述一种有向通信领航跟随航天器编队简化姿态分布协同控制方法，其特征在于：步骤1中得到的瞄准矢量终点的平动公式为：其中p
i
为第i个航天器的单位瞄准矢量η
i
的终点P
i
在单位天球坐标系下的位置，p
i
＝[θ
i
,φ
i
]
T
，θ
i
为经度，φ
i
为纬度；E
i
的表达式为的表达式为为点P
i
的速度矢量在坐标系中的表示：其中R
FiI
为由坐标系到惯性坐标系的旋转矩阵，为第i个航天器的瞄准矢量在惯性坐标系中的表示，为由体坐标系到惯性坐标系的旋转矩阵，为测量得到的第i个航天器相对于惯性坐标系的角速度矢量在体坐标系中的表示；其中第i个航天器的体坐标系原点位于第i个航天器的质心，轴与第i个航天器的最大惯量主轴重合，轴与第i个航天器的最小惯量主轴重合，轴与轴、轴构成右手坐标系；惯性坐标系为原点和坐标轴固定在惯性空间的右手坐标系；单位天球坐标系的原点与惯性坐标系的原点重合，单位天球坐标系的零纬度面与惯性坐标系的z
I
＝0平面重合，当z
I
＞0时纬度大于0；零经度线位于惯性坐标系的y
I
＝0,x
I
≥0平面内，沿z
I
轴观察经度顺时针增大；第i个航天器对应的坐标系原点位于η
i
的终点P
i
，轴与η
i
平行且指向相同，轴与
单位天球坐标系的经线位于同一平面内且相切，指向纬度增大的方向，轴与轴、轴构成右手坐标系。3.根据权利要求2所述一种有向通信领航跟随航天器编队简化姿态分布协同控制方法，其特征在于：步骤2中设计的分布式协同虚拟控制量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勃，黄汉桥，闫天，程昊宇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：