[發(fā)明專利]一種可快速解算的分布式衛(wèi)星姿態(tài)協(xié)同控制方法

有效

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• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113479344B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張卓;張澤旭;李慧平;肖冰
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;B64G1/24
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種可快速解算的分布式衛(wèi)星姿態(tài)協(xié)同控制方法。將衛(wèi)星視作剛性體，構(gòu)建出狀態(tài)空間方程形式的衛(wèi)星姿態(tài)模型。為了對外界環(huán)境中存在的未知干擾進(jìn)行抑制，針對構(gòu)建出的狀態(tài)空間方程系統(tǒng)設(shè)計(jì)動態(tài)滑模控制器，并求出在滑模面上運(yùn)動的等價(jià)控制系統(tǒng)。利用模糊理論將求出的等價(jià)控制系統(tǒng)構(gòu)建為模糊系統(tǒng)，設(shè)計(jì)協(xié)同鎮(zhèn)定控制器，并設(shè)計(jì)基于黎卡提不等式的控制器增益矩陣參數(shù)快速解算方法。本發(fā)明提供的方法能夠大幅減少解算時間，實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)的快速解算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星協(xié)同技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種分布式衛(wèi)星的姿態(tài)控制方法，特別是一種可對控制器參數(shù)進(jìn)行快速解算的分布式衛(wèi)星姿態(tài)協(xié)同控制方法。

背景技術(shù)

在分布式衛(wèi)星編隊(duì)飛行任務(wù)中，星間相對姿態(tài)是非常重要的控制變量，分布式衛(wèi)星系統(tǒng)的姿態(tài)協(xié)同控制能力將直接影響編隊(duì)飛行任務(wù)的成功與否。文獻(xiàn)“New results onsliding-mode control for Takagi–Sugeno fuzzy multiagent systems,IEEETransactions on Cybernetics,2019,49(5):1592-1604”公開了一種分布式衛(wèi)星姿態(tài)協(xié)同控制方法。該方法通過研究具有一般非線性模型的集群系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了狀態(tài)反饋協(xié)同控制算法，并將其應(yīng)用于分布式衛(wèi)星系統(tǒng)的姿態(tài)協(xié)同控制問題中。文獻(xiàn)中所述的方法存在的主要技術(shù)問題在于：當(dāng)解算控制器參數(shù)時，需要求解龐大的矩陣不等式，致使控制器參數(shù)的解算時間過長，不利于實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為克服文獻(xiàn)中控制方法的控制器參數(shù)解算時間過長的不足，本發(fā)明提供一種可快速解算的分布式衛(wèi)星姿態(tài)協(xié)同控制方法。

技術(shù)方案

一種可快速解算的分布式衛(wèi)星姿態(tài)協(xié)同控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將衛(wèi)星視作剛性體，構(gòu)建出狀態(tài)空間方程形式的衛(wèi)星姿態(tài)模型；

步驟2：為了對外界環(huán)境中存在的未知干擾進(jìn)行抑制，針對步驟一中構(gòu)建出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)動態(tài)滑模控制器，并求出在滑模面上運(yùn)動的等價(jià)控制系統(tǒng)；

步驟3：利用模糊理論將步驟2中求出的等價(jià)控制系統(tǒng)構(gòu)建為模糊系統(tǒng)，設(shè)計(jì)協(xié)同鎮(zhèn)定控制器，并設(shè)計(jì)基于黎卡提不等式的控制器增益矩陣快速解算方法。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案為：步驟1中所述的衛(wèi)星姿態(tài)模型：

式中，下角標(biāo)i表示第i個衛(wèi)星，N則表示分布式衛(wèi)星系統(tǒng)中衛(wèi)星的總個數(shù)；J_i表示衛(wèi)星的慣性矩陣；I₃表示3階單位矩陣；q_i和q_i0分別表示用于描述衛(wèi)星姿態(tài)的單位四元數(shù)的矢量和標(biāo)量部分；ω_i表示姿態(tài)角速度；u_i和ε_i分別表示作用于衛(wèi)星的控制輸入和外界干擾輸入；此外，表示向量ω_i的斜對稱矩陣，具體表達(dá)式如下：

其中ω_i1、ω_i2和ω_i3分別為向量ω_i在3個方向的分量；假定衛(wèi)星的慣性矩陣J_i由標(biāo)稱項(xiàng)J₀和非標(biāo)稱項(xiàng)ΔJ_i兩部分組成，即J_i＝J₀+ΔJ_i；因此，可將式(19)化作如下所示的狀態(tài)空間方程：

式中，

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案為：步驟2中所述的動態(tài)滑模控制器：