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卫星编队构形重构方案
卫星编队 构形重构 总体方案
2013/5/7
为了满足未来航天任务对卫星编队构形重构的需求，设计一种卫星编队构形重构总体策略。分析卫星编 队的重构需求，从重构构形、重构控制、重构规划、碰撞避免和优化设计5 个关键技术进行汇总，分别制定了总体 方案，并给出地面指控中心或卫星编队中的参考星的操作步骤。该策略对空间任务中重构技术的具体应用具有一定 的参考价值。
针对卫星编队自主队形重构问题,提出了基于协同进化粒子群优化(CPSO)和Pareto最优解的求解方法。首先,使用Legendre伪谱法(LPM)将队形重构问题离散化为非线性规划(NLP)问题;其次,根据卫星编队的特点及碰撞规避的需要,使用CPSO算法对重构问题采用既独立又集中的求解方式,避免了传统优化方法对梯度的求解;然后,使用一种深度-广度优先搜索(D-BFS)算法,能够高效地找到CPSO进化中...
使用小推力控制可以得到许多独特的非自然卫星编队构型，主从星相对位置不变和从星圆形匀速绕飞构型是两类最典型的构型，建立了这两类编队构型的编队参数（主从星距离、空间方位和绕飞速度）与一天内燃料消耗的关系。进一步考虑存在初始误差时控制律的设计，指出PD控制律能够维持小初始误差编队构型，改进的PD控制律能够维持中等初始误差编队构型，而PD控制律和直接法相结合的混合控制律能够维持大初始误差编队构型，仿真结果...
电磁卫星编队位置跟踪是存在输入延时和扰动不确定的控制问题，以卫星相对运动CW方程作为动力学模型，采用前馈加反馈的方式控制编队运动跟踪预定轨迹，前馈控制量由预定轨迹结合CW方程给出，反馈控制采用状态线性变换后的滑模变结构控制律。证明了滑模切换面可达以及滑模面上的运动与不确定扰动无关。数值仿真表明考虑时滞的控制相比未考虑时滞的控制，位置跟踪精度有所提高。
分布式卫星编队飞行队形保持协同控制
分布式卫星 队形保持 协同控制 分布式模型预测控制
2010/10/13
针对分布式卫星编队飞行队形保持控制问题提出一种分布式协同控制算法，并给出该协同控制算法与编队卫星星间信息传递拓扑结构之间的关系。该协同控制算法以模型预测控制为基础，利用分布式编队卫星的自然特性以及编队卫星之间的信息传递拓扑结构，采用分布式的算法结构，设计分布式的模型预测协同控制算法。该控制算法是一种在线滚动优化控制算法，同时能够较好地解决存在状态约束、控制输入约束等情形下的各种控制问题。最后通过数...
带时变通信时间延迟的卫星编队姿态协同自适应L2增益控制
编队飞行 协同控制 L2增益扰动抑制 时间延迟 Lyapunov函数
2010/5/25
针对卫星编队姿态协同分布式控制问题,提出一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。首先,考虑到实际编队飞行中星间通信存在时变时间延迟及模型不确定问题,结合变结构控制的思想设计一种针对时滞系统稳定性分析的Lyapunov函数,从而由直接Lyapunov方法得到可对模型参数进行估计的自适应分布式姿态协同控制器,并论证其构成的闭环系统的稳定性。其次,考虑到外界干扰对系统的性能输出影响,利用L2...
提出一种基于信息一致性的分布式协同控制策略，实现了卫星编队的构型建立、保持与整体机动。首先根据编队各星的初始相对状态，应用一阶一致性算法，协商估计出编队整体系统基准参考点的相对状态；再根据编队整体系统模型预测方程，以凸优化方法规划出期望重构机动路径；之后设计了基于二阶一致性算法的反馈协同控制律，使各星彼此协同地跟踪期望路径与构型、整体机动参考信息，并证明了系统的稳定性。仿真结果表明：只要在基准参考...
卫星编队飞行姿态协同输出反馈控制
卫星编队飞行 姿态控制 输出反馈 控制输入饱和
2010/4/22
研究了双星编队飞行系统的姿态协同控制问题。首先考虑在角速度不可测情况下，给出一种分布式姿态协同输出反馈控制方案，并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性。然后在控制输入饱和时给出了另一种输出反馈控制方案。通过在控制方案中引入双曲正切饱和函数，得出只需控制参数的选取满足某一限制条件，就能有效地抑制控制力矩的饱和。最后对给出的算法进行了数学仿真。结果表明，所设计的控制算法是可行的、有效的。
卫星编队飞行的相对轨道运动和姿态指向运动并不是彼此独立的，而是相互耦合的。利用几 何学方法和编队卫星的相对位置与姿态指向的耦合关系推导了卫星编队飞行的姿态指 向运动学和动力学方程。并运用指数趋近律滑模控制方法对系统进行耦合控制。仿真结果表 明：耦合控制系统在不借助额外姿态测量信息的情况下可同时实现相对位置和姿态指向的精 确控制。
卫星编队飞行队形重构防碰撞方法研究
卫星编队 队形重构 碰撞概率 改进LRQ方法
2009/10/26
队形重构技术是卫星编队飞行领域研究关键问题之一。多颗卫星近距离编队队形初始化、队形调整及重构，卫星之间相对距离变化带来碰撞问题不可忽视。根据卫星间相对位置关系建立队形重构过程中碰撞概率函数表征该过程碰撞发生可能性，研究表明故障卫星的初始相位角及备份卫星进入编队的初始角度对碰撞概率有较大影响。根据Lyapunov稳定性理论设计改进LQR控制器，在保证队形调整控制精度不需增加过多调整时间及能量消耗的同...
针对卫星编队整体机动的难点，充分考虑编队的“群”运动特性，按照先规划参考卫星轨迹，后规划伴随卫星轨迹的思路，提出一种整体机动的分步规划策略。采用Gauss伪谱法优化参考卫星的轨迹，并检验优化结果的最优性；根据整体机动过程中的路径约束，以参考卫星的轨迹为参考，规划伴随卫星的可行飞行区域；根据终端约束条件，在可行区域规划伴随卫星的飞行轨迹；引入动态逆的思想，根据伴随卫星飞行轨迹反推相应的控制量；最后，...
一种长期稳定的卫星编队队形优化设计方法
飞行器设计 卫星编队 队形优化设计
2009/2/10
对于卫星编队飞行设计长期稳定以节省控制燃料的队形是一项非常重要的工作，本文提出了一种队形长期稳定的优化设计方法。首先利用Hill方程设计出满足任务要求的相对位置和相对速度的约束关系，以剩下的自由相对位置或相对速度作为优化变量。优化目标选择为主从星在J2摄动下的各平均轨道根数相对漂移率最小。文中的优化算法采用改进的遗传算法，遗传算法作为一种通用的全局最优随机搜索算法，在解决一些复杂问题时它还存在着过...
卫星编队相对轨道的分布式估计方法
飞行器控制、导航技术 卫星编队 分布式构型 施密特卡尔曼滤波器 相对轨道确定
2008/7/3
研究了卫星编队的相对轨道自主确定问题，选择“无线电+激光”的测量方案，为减轻多星编队星间通信量和星上计算量的负担，将状态估计器设计为分布式构型，并利用分布式SchmidtKalman滤波算法对编队的相对轨道状态进行估计。仿真结果验证了该导航方案和算法的有效性。