郑重 李鹏 钱默抒

在航天器编队飞行任务中,航天器系统依照特定的任务要求,通过信息交互协作完成共同目标,形成一个分布式空间系统,从而完成传统的单一大型航天器难以实现的复杂空间任务.由于航天器编队系统具有鲁棒性强、可靠性高、发射成本低等优点,成为近年来研究的热点[1].为了保证航天器编队系统能够完全实现特定的空间任务,需要利用航天器之间的相对信息进行协同控制.

姿态协同控制是航天器编队在轨运行的一项重要的关键技术,目前国内外学者已对其进行了较多研究[2−12],取得了一定的研究成果.然而,这些结果大多是采用四元数或罗德里格参数表示姿态,由于四元数表示姿态具有非唯一性,可能导致出现姿态展开现象[13],因此航天器在跟踪外界姿态信号时,航天器相对姿态的一致性很难得到保持.对于采用罗德里格参数描述的姿态控制设计方法,同样存在姿态展开问题[14].解决姿态展开问题一般有两种方法,一种是采用四元数和修正罗德里格参数(Modified Rodrigues parameters,MRP)的切换系统混杂控制实现全局姿态跟踪[15],但是这种控制算法是非连续的,很难直接应用于飞轮、磁力矩器、控制力矩陀螺等提供连续的控制信号的航天器执行机构中;第二种是直接基于旋转矩阵描述姿态运动并设计协同控制器.因为旋转矩阵在描述姿态运动时是无奇异的,并且它与航天器姿态是一一对应的关系,所以基于旋转矩……