胡敏, 曾国强

(1.装备学院 研究生院, 北京 101416;2.国防科学技术大学 航天与材料工程学院, 湖南 长沙 410073)

集群航天器构形重构滑模变结构控制方法

胡敏1, 曾国强2

(1.装备学院 研究生院, 北京 101416;2.国防科学技术大学 航天与材料工程学院, 湖南 长沙 410073)

针对大规模航天器集群飞行构形控制问题,提出了一种基于滑模变结构控制与改进人工势场法相结合的控制方法。集群航天器相对运动采用非线性动力学方程描述,人工势场法可以避免集群航天器之间的碰撞,滑模变结构控制对摄动干扰和模型不确定性具有鲁棒性,可以实现构形的精确控制。利用Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的全局渐进稳定性。通过仿真算例,验证了控制方法的可行性。

集群航天器; 构形重构; 滑模变结构控制; 人工势场法

引言

集群航天器是分布式空间系统的一种创新应用,可以在完成快速响应空间任务以及遥感与空间探测等领域发挥重要作用[1]。虽然近十年来,航天器编队飞行技术已经得到了广泛研究,但是,随着编队飞行航天器数目的增多,无碰撞导航、制导与控制仍然面临着很大的挑战。特别是,对于大规模航天器近距离操作、模型以及空间摄动等不确定性给控制器的设计带来了困难。

集群在本质上是一种从自然界中获得灵感而抽象出的仿生学方法。集群航天器系统受社会性昆虫及群居动物群体行为的启发,例如鸟群和鱼群,主要研究如何通过航天器的局部信息交互,通过协同控制,涌现出智能群体行为。……