J2摄动下基于平均轨道要素差的集群航天器空间圆形编队设计

集群航天器是通过无线连接方式构成的虚拟航天器系统,考虑J2摄动下其在太阳同步轨道的空间圆形编队设计,对满足其模块间能量传输、数据交互的需要和应用需求具有重要意义.基于主、从模块平均轨道要素差建立了相对运动模型,并给出了空间圆形编队的详细设计步骤;在零J2摄动条件不再适用时,通过定量分析J2摄动对该编队构形的影响,提出了相应的修正公式;将模块修正后的平均轨道要素转换为初始时刻密切轨道要素确定了初始编队构形.采用无奇点的新四元数轨道要素进行J2摄动分析,仿真结果验证了设计方法的有效性.

基于循环追踪的船舶圆形编队控制

针对欠驱动船舶之间的协同合作问题,对船舶的圆形编队控制进行了研究.采用坐标变换,得到新的船舶圆形编队控制的运动学模型.基于这种模型,运用循环追踪控制策略,得到船舶圆形编队的虚拟控制输入量.由于采用循环追踪控制,故每艘船只需了解所追踪的前一艘船的信息,而不需要知道其他船舶的信息就可以得到期望的整体队形要求,因此是所需通信数较少的方法之一.考虑船舶欠驱动的特点,将虚拟输入量与反步控制算法相结合,得到船舶圆形编队的实际控制输入.最后通过数值仿真,验证了该编队控制策略的有效性,实现了预期的编队控制目标.

基于极限环的四旋翼空间圆形编队控制

本文利用目标圆心和相邻四旋翼的位置信息,将感知受限的四旋翼编队系统,在空间中进行姿态一致的编队运动,形成期望的圆形编队队形。通过设计一种基于极限环的解耦控制方法,将问题解耦为高度控制、圆形收敛盘旋及个体间距调整,从而设计一种由高度控制、圆形汇聚控制和间距布局控制组成的分布式控制器,驱动四旋翼编队,形成空间圆形分布飞行。该控制器考虑了四旋翼之间的避碰问题,能在有限时间内达到指定高度,形成期望的圆形相对位置分布,并保持队形,围绕目标盘旋飞行。最后,由仿真和实验验证了该设计方法的有效性。

具有避障功能的多智能体系统编队控制

针对二维平面内多个匿名智能体,研究了多智能体系统的编队避障控制问题。目标是使得在平面内随机分布的匿名智能体在规定时间内完成避障渐进收敛到达目标圆上,然后根据编队控制律在圆上完成指定队形。基于人工势场法实现规避障碍物的功能,通过增加随机扰动解决了智能体处于局部最小值区域无法移动的问题。引入李雅普诺夫函数并通过定理证明了所设计控制律的稳定性。最后,通过模拟仿真证明了避障功能的有效性以及控制律的准确性。