异构双星编队动力学一体化建模与协同控制方法研究

项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

孙俊

项目受资助机构

上海航天控制技术研究所

项目编号

11772185

立项年度

2017

立项时间

未公开

研究期限

未知 / 未知

项目级别

国家级

受资助金额

62.00万元

学科

数理科学-动力学与控制-飞行器和载运系统动力学

学科代码

A-A07-A0705

基金类别

面上项目

关键词

自主飞行控制 ; 同步控制 ; 协同控制 ; 飞行器编队 ; 姿态协同 ; Spacecraft Formation ; Cooperative Control ; Synchronous maneuver ; Attitude coordination ; Autonomous Flight Control

参与者

吴限德;宋婷;李英波;宁雷;张宪亮;何益康;郝勇;谢亚恩;崔洪涛

参与机构

哈尔滨工程大学

项目标书摘要:针对面向空间衍射成像的“刚—挠”异构双星编队一体化动力学建模、灵活观测协同控制等问题,研究基于对偶四元数的“刚—挠”异构双星编队相对动力学建模和高精度相对位姿协同控制方法,探索一种“刚—挠”异构编队航天器的相对位姿一体化运动规律描述新方法和基于鲁棒自适应、终端滑模控制理论的一体化编队控制新方法。建立异构双星编队相对位姿一体化动力学模型和控制方法的仿真验证系统,验证动力学建模正确性和控制方法有效性。本申请研究的理论和构建的方法可用于双星衍射成像系统的编队控制,为未来衍射成像系统空间部署提供理论支持。

Application Abstract: To meet the demand of dynamic modeling,agile observing,and collaborative control for rigid-flexible heterogeneous two-satellite formation which is deployed for diffraction imaging,we researched a method for relative dynamic modeling and a coordinate control method with high accuracy in relative position and attitude based on dual quaternion for the system.Our research is innovated in describing relative position and attitude motion as well as robust adaptive terminal sliding control theory for the formation.Besides,we established a simulating system in order to verify efficiency of the dynamic modeling and control theory.The theory and method in our application can be used for the formation control of two-satellite diffraction imaging system and also as guidance for further space imaging deployment.

项目受资助省

上海市

项目结题报告

异构双星编队动力学一体化建模与协同控制方法研究结题报告(全文)

  • 排序方式:
  • 1
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  • 1.共位衍射航天器姿轨一体化动力学与控制

    • 关键词:
    • 共位航天器;电磁力;衍射成像;对偶四元数;姿轨一体化控制
    • 孙昕竹
    • 指导老师:哈尔滨工程大学 陈卫东
    • 学位论文

    高轨高分辨率对地观测是各国航天机构探索的一种高效对地观测方式。低轨对地观测航天器受轨道限制,无法保持对一个区域的连续和长期观测。虽然静止轨道具备对特定区域观测的时间分辨率,但由于轨道过高,其分辨率难以保证。因此采用衍射成像技术,将衍射薄膜航天器和成像航天器分别部署于静止轨道,构成共位航天器,以满足观测的时间和空间分辨率要求。本文对共位衍射电磁航天器的动力学建模和控制过程进行深入研究,重点解决共位衍射电磁航天器姿轨一体化动力学建模和控制问题,具体工作包括:针对共位衍射航天器位姿一体化建模问题,基于对偶四元数建立了衍射薄膜航天器的刚柔耦合相对动力学模型和共位两航天器的相对动力学模型。考虑到共位衍射成像系统结构特性,把衍射薄膜航天器抽象成刚柔耦合结构,采用对偶四元数来推导出刚柔耦合动力学方程。考虑到电磁力作为共位衍射成像系统操纵力的众多优势以及对偶四元数在描述相对位姿运动方面的优势,推导出对偶四元数描述的电磁力形式,以此为基础建立基于对偶四元数的两共位航天器相对动力学模型。针对共位航天器对于状态测量和控制精度要求更高的问题,基于非线性相对轨道动力学模型,对衍射成像过程中共位航天器,采用需要相对位置及相对速度信息的非线性鲁棒控制系统,并证明该闭环控制系统能够实现全局渐近收敛。针对衍射成像过程存在空间外界干扰和模型不确定性的状况,运用滑模控制对外部干扰的抗干扰性能、参数变化不敏感的特性和较强的鲁棒性,设计了一种基于自由磁偶极子和切换控制策略的非奇异滑模控制算法,并研究了控制算法的计算效率问题和奇异问题。针对共位衍射航天器姿轨一体化控制问题,在基于对偶四元数的刚柔耦合相对动力学模型基础上,将滑模变结构控制和自适应控制的进行组合,设计了共位衍射航天器的具有自适应辨识的滑模自适应控制方法,并利用李雅普诺夫理论证明了闭环控制系统的稳定性。针对航天器实际运行空间环境复杂、模型参数以及外部干扰不能精确得到等情况,为更好地提升系统鲁棒性,设计了不含模型信息的鲁棒自适应控制器,并对控制器进行了仿真验证。

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