论文总字数：26150字

摘 要

卫星编队，是利用多个卫星相互协同进行工作，以相同的轨道围绕地球飞行，整个系统可以看成是一整个巨大的“虚拟卫星”。在当今社会，对于卫星编队的研究越来越深入，对于单颗卫星来说起到的作用远远小于多个卫星的作用，通过对于卫星编队的研究，在民用领域，军事领域，科学领域都会取得较大的成就。在常见的卫星编队飞行过程中，通常都需要编队成员之间相互配合来进行规定的航线飞行。通常一般的控制器都只是在封闭的系统中保持稳定，但是在有限时间内却无法得到保证。所以需要设计一个能够保持在有限时间内使得卫星编队系统实现队形相互协同，然后设计出相应的控制算法，实现队形的捕获。

本文首先分析分布式在协同控制中的优势所在，后通过对编队卫星的分析建立属于他的运动状态模型，然后根据对编队成员之间的监测，通信情况进行详细的描述。接下来根据情况设计出基于终端滑模的有限时间协同控制器，通过实验证明能够在满足李亚普诺夫稳定性的条件下实现在有限时间内的队形协同，另外需考虑抖动现象，最后还需考虑到产生奇异现象的情况和在非奇异滑模控制器的基础上提升系统的快速性，最后通过仿真验证证明控制器能够在有限时间内实现队形相互协同。

关键字：卫星编队 分布式队形协同 终端滑模 有限时间控制

Research on cooperative control algorithm of satellite formation distributed finite time formation

Abstract

A satellite formation is a system in which multiple satellites work together and fly around the earth in the same orbit. The whole system can be regarded as a huge "virtual satellite". In today's society, the study of satellite formation is getting more and more in-depth. The role of a single satellite is far less than that of multiple satellites. Through the study of satellite formation, great achievements will be made in the civil, military and scientific fields. In the course of satellite formation flight, the formation members need to cooperate with each other to fly the prescribed route. Generally, the general controller is only stable in a closed system, but cannot be guaranteed for a limited time. Therefore, it is necessary to design a satellite formation system that can achieve formation coordination within a limited time, and then design the corresponding control algorithm to achieve formation capture.

This paper first analyzes the advantages of distributed control in cooperative control, and then establishes its motion state model through the analysis of formation satellites, and then describes the monitoring and communication among formation members in detail. According to situation next design based on the limited time of terminal sliding mode controller together, through the experiment proved that can meet the lyapunov stability under the condition of the formation of coordination in a limited time, in addition to consider dithering phenomenon, finally also need to consider to produce strange phenomenon and improve the system on the basis of sliding mode controller in the singular rapidity, finally through the simulation prove that the controller can realize the formation in a limited time each other together.

Key words: satellite formation; Distributed formation coordination; Terminal sliding die; Finite time control

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究的背景和意义 1

1.2典型的卫星编队任务和计划 2

1.3卫星编队有限时间队形协同控制研究现状 4

1.3.1编队系统分布式队形协同研究现状 4

1.3.2卫星编队系统有限时间队形协同研究现状 4

1.4本文主要的研究内容 5

第二章 理论基础及队形协同问题描述 6

2.1引言 6

2.2分布式控制策略介绍 6

2.3理论基础 7

2.3.1常用的范数及L空间 7

2.3.2图谱基础知识 8

2.3.3终端滑模理论基础 10

2.4卫星编队队形协同控制问题描述 12

2.4.1常用坐标系 12

2.4.2卫星编队相对轨道运动方程 13

2.4.3编队卫星队形协同控制问题描述 16

2.5本章小结 17

第三章 卫星编队有限时间协同控制 18

3.1引言 18

3.2卫星编队有限时间队形协同控制器设计 18

3.2.1终端滑膜控制器设计 18

3.2.2非奇异终端滑模控制器设计 23

3.3仿真验证 26

3.3.1终端滑模控制器仿真 26

3.3.2非奇异终端滑模控制器仿真 29

3.4本章小结 31

第四章 改进的卫星编队有限时间队形协同控制 32

4.1引言 32

4.2卫星编队有限时间队形协同鲁棒控制 32

4.2.1非奇异快速终端滑膜控制器设计 32

4.2.2扰动上届自适应终端滑膜控制器设计 36

4.3仿真验证 40

4.3.1非奇异快速终端滑膜控制器仿真 40

4.3.2扰动上界自适应终端滑膜控制器仿真 41

4.4本章小结 43

第五章 总结与展望 44

5.1总结全文 44

5.2系统评价 44

5.3展望 45

参考文献 46

致谢 48

第一章 绪论

1.1研究的背景和意义

由于当今社会对于资源的要求越来越高，不管是物质资源还是非物质资源。随着科学技术的发展，人们不仅仅局限于日常生活用品的追求，更加得对于科学技术有更加高的追求，最最重要的就是航天技术的发展，其中最突出的就是对于卫星的研究，对于空间资源的利用越来越深入。其中较为突出的就是对于卫星编队的研究，众所周知，众人拾柴火焰高。一个卫星往往覆盖的范围过于狭窄，所以科学家们都深入研究利用卫星编队来进行空间定位导航，和多维立体成像等科研项目的研究。在这项研究过程中，研究者围绕在空间中的某一个基准点构建一个特定的编队构造，使得卫星在围绕地球以相同轨迹运行时保持以相同的特定队形。假如说单个卫星属于一个单一的卫星系统，那么多个卫星组合起来就是一个庞大的协作过程，需要各个卫星成员之间相互协作，配合紧密。大型卫星的成本较高，尺寸大小也较为单一化，可靠性能较差，在空间中生存能力差。但这些在卫星编队上就得到了较大的改善。并且在其他科研领域上也取得较大进展，比如观测天文，探测大气层，观测物理地球等方面也是对于民生的改善有较大的效果。更有在军事领域对于地面监测，实现对目标的精准定位和成像立体化起到了突破性作用。总之，卫星编队拥有较大的应用价值和应用前景。

与大卫星传统的运行模式相比，卫星编队的适应能力更强。主要有以下的几个方面：可以根据实际情况来改变卫星的构造或者改变数目，这也体现了卫星编队的可重塑性和可增减性。同时，卫星编队还具有自适应性，如果环境发生了变化，就可以通过卫星编队来进行阶段性的调整，通过剪裁等方式来适应恶劣的环境变化。卫星编队如同一个个数列，拥有无数的组合方式和随机应变的能力，可以根据周围环境的不同变化，组合成最佳的排列方式，变换成不同的形态姿态。除此之外，更为难能可贵的是，在适应性增强的情况下，它的可靠性不降反升，同时风险性也较之前的大卫星系统大大降低。

请支付后下载全文，论文总字数：26150字