[发明专利]一种限定相对姿态的大规模编队航天器姿态一致控制方法

摘要

一种限定相对姿态的大规模编队航天器姿态一致控制方法，涉及大规模编队航天器的姿态协同控制方法，为了解决目前在有限敏感器、星载处理器能力较弱、通信带宽有限的情况下，难以完成大规模编队飞行任务的问题，它包括具体步骤如下：在控制过程中的每个调整姿态周期中，通过下述方法获得每颗航天器的控制力矩实现姿态调整：步骤一、基于近邻原则设计星间通信拓扑结构；决定敏感范围δ，将距第i颗航天器δ范围内所有的其它航天器都视为与所述第i颗航天器发生信息交互、协同；步骤二、实现两两邻近航天器间的相对姿态不超出预期的上限σ；第三步、获得第i颗航天器的控制输入力矩τi，τi作为输入力矩控制其姿态。用于航天器大规模编队飞行。

主权项

1.一种限定相对姿态的大规模编队航天器姿态一致控制方法，其特征是它包括具体步骤如下：选定各航天器姿态运动学及动力学的描述方式：采用修正的罗德里格斯参数来描述各航天器的姿态，得到拉格朗日方程形式的第i颗航天器的姿态动力学模型：Hi*(σi)σ··i+Ci*(σi,σ·i)σ·i=F-T(σi)τi,]]>式中：σ_i即描述第i颗航天器姿态的罗德里格斯参数，τ_i为第i颗航天器的控制输入力矩；在控制过程中的每个调整姿态周期中，通过下述方法获得每颗航天器的控制力矩实现姿态调整：步骤一、基于近邻原则设计星间通信拓扑结构；任务需求决定敏感器载荷的参数，进而决定敏感范围δ，位于第i颗航天器敏感范围δ内所有的其它航天器的集合为N_i，该集合N_i内的每一个航天器都视为与所述第i颗航天器发生信息交互、协同，根据所述集合N_i得到通信拓扑结构图，采用Laplacian矩阵描述所述通信拓扑结构图；步骤二、实现两两邻近航天器间的相对姿态不超出预期的上限σ，采用人工势场法设计比例控制系数p_σi，使p_σi随着||σ_i-σ_j||的变化而变化以达到自行调节的控制作用，||σ_i-σ_j||是第i颗航天器与第j颗航天器的相对姿态，p_σi为＞0的比例控制系数；步骤三、将步骤二获得的比例控制系数p_σi带入公式：τi=-FT(σi){piσ·i+Σj∈Ni[pσiw(σi,σj)(σi-σj)+pσ·i(σ·i-σ·j)]}]]>中，其中p_i和均为＞0的比例控制系数，w(σ_i，σ_j)为权系数；计算获得第i颗航天器的控制输入力矩τ_i，将该控制输入力矩τ_i作为第i颗航天器的输入力矩控制其姿态。