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基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法技术

技术编号:42654708 阅读:30 留言:0更新日期:2024-09-06 01:47
本发明专利技术公开了一种基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法,其主要设计一种基于动态事件触发学习滑模的卫星编队构型重构控制器。本发明专利技术解决了考虑通信受限、空间摄动以及星间避碰的高精度卫星编队构型重构控制问题。基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法按照以下步骤进行:1、建立高精度卫星编队系统的相对动力学误差模型;2、设计一种分布式学习滑模控制算法,实现对编队卫星的构型重构控制;3、通过引入人工势函数避免构型重构过程中成员卫星碰撞问题;4、结合提出的动态事件触发机制和学习滑模控制算法,实现通信受限下和星间避碰下的卫星编队高精度构型重构控制。本发明专利技术应用于航空航天领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分布式卫星编队轨道协同控制领域,主要设计一种基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法,可应用于分布式卫星编队构型重构控制中。


技术介绍

1、至今,航天技术已成为衡量一个国家综合实力的重要指标。随着对太空的不断开发和探索,以及航天探索需求的日益多样化,卫星设计经历了从简单到复杂,再回归简单的过程。最初,卫星设计越发复杂化以满足不同的需求。然而随着时间的推移,这种复杂化趋势开始显示出其弊端,如高昂的建造成本、漫长的研发周期和由于复杂性增加而导致的高故障成本。这些问题促使人们开始探索新的解决方案。

2、近年来,多卫星协同作业的概念在航天领域逐渐得到实施,并且随着微小卫星技术的发展,这一概念吸引了全球范围内的广泛关注。与此同时,作为多卫星协同作业的核心任务之一,卫星编队飞行已逐渐成为研究的热点。这种卫星编队飞行的研究不仅对解决传统大型卫星面临的成本和复杂性问题具有重要意义,还对航天技术的未来发展方向提供了新的视角。

3、随着空间任务的不断复杂化、精细化,要求编队卫星以更高的控制精度以实现协同任务。因此一个高效的控制器扮演着至关重要的角色。控制器的输出通常依赖于编队成员的状态信息,这意味着卫星的通信和计算资源对于控制器的有效运行至关重要。尤其对于微小卫星往往采用更为经济性的星载设备和计算设施,这使得它们拥有的通信和计算能力有限。在传统控制方案中,通过星间通信获得成员卫星的状态信息,从而计算控制器的输出值。然而,即使将控制器输出值离散化,为了实现更高的控制精度,仍需各成员卫星进行高频率的通信以实现实时控制,这对通信和计算资源的需求极大。此外,接收到相邻卫星的状态信息后,星载计算机需要更新控制器,这同样会占用大量计算资源。特别是在整个控制系统稳定后,即编队系统已形成期望的构型和姿态关系,此时并不需要成员卫星继续按规定周期发送状态信息。因此,需要考虑针对通讯受限且能减少计算资源占用的分布式卫星编队构型重构技术方案。专利cn113608540a针对存在外部环境干扰与内部不确定性的姿态控制问题,提出了一种比例积分型事件触发机制,实现降低姿态跟踪控制中的信号传递。专利cn116736702a针对卫星姿态跟踪控制问题,通过设计的干扰观测器和事件触发机制实现卫星姿态跟踪的同时降低通讯负担。

4、上述公开专利虽然对考虑通讯受限情况下的卫星姿态控制方法进行了研究,但均未考虑分布式编队卫星轨道控制任务。此外,通过对现有技术的调研,并未发现基于动态事件触发学习滑模的分布式控制理论研究在分布式卫星构型重构方面的应用。本专利技术在编队层次上为卫星协同控制进行了探索,提出了一种新颖的解决方案,为我国的航天事业提供了必要的技术储备。


技术实现思路

1、【专利技术目的】

2、本专利技术主要解决的问题是:考虑卫星编队系统构型重构中出现的空间摄动、通讯受限以及成员卫星变轨过程中的碰撞规避问题,提供一种基于动态事件触发机制的学习滑模控制算法,以实现卫星编队系统高精度构型重构控制。

3、【技术方案】

4、本专利技术提供了一种基于动态事件触发学习滑模的卫星编队构型重构控制方法,具体包括如下步骤:

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【技术保护点】

1.一种基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法,具体包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种基于动态事件触发机制的分布式卫星编队构型重构控制方法,其特征在于,所述的学习滑模控制算法用于实现对空间摄动的在线补偿,从而实现高精度的构型重构控制;通过人工势函数避免成员卫星重构过程中的碰撞问题;通过设计的动态事件触发机制,用于判定成员卫星的状态量是否更新,降低星间通信频率。

3.根据权利要求2所述的一种基于动态事件触发机制的分布式卫星编队构型重构控制方法,所述分布式学习滑模控制算法设计具体为:

4.根据权利要求2所述的一种基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法,其特征在于,卫星编队系统的相对误差动力学模型构建如下:

5.根据权利要求2所述的一种基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法,其特征在于,步骤2具体为:

6.根据权利要求2所述的一种基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法,其特征在于,步骤3具体为:

7.根据权利要求2所述的一种基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法,其特征在于,动态事件触发学习滑模控制器稳定性条件如下:

...

【技术特征摘要】

1.一种基于动态事件触发学习滑模的分布式卫星编队构型重构控制方法,具体包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种基于动态事件触发机制的分布式卫星编队构型重构控制方法,其特征在于,所述的学习滑模控制算法用于实现对空间摄动的在线补偿,从而实现高精度的构型重构控制;通过人工势函数避免成员卫星重构过程中的碰撞问题;通过设计的动态事件触发机制,用于判定成员卫星的状态量是否更新,降低星间通信频率。

3.根据权利要求2所述的一种基于动态事件触发机制的分布式卫星编队构型重构控制方法,所述分布式学习滑模控制算法设计具体为:

【专利技术属性】
技术研发人员:贾庆贤高君楠李庚欢于丹吴云华
申请(专利权)人:南京航空航天大学
类型:发明
国别省市:

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