地球静止轨道混合推进三星库仑编队队形保持控制研究

研究了地球静止轨道处混合推进三星库仑编队队形保持控制问题.首先考虑未知有界相对摄动影响,建立了地球静止轨道处混合推进三星库仑编队动力学方程.然后基于相对运动解析解,设计了投影圆轨道旋转编队构型.最后采用滑模控制方法,设计了控制器并证明其稳定性,用饱和函数对控制器进行了改进,消除了抖振的影响.通过控制编队内部静电力和补充电推力实现对预设队形的保持.仿真结果表明,混合推进方案响应速度快,控制精度高,达到了控制要求.

共线三星库仑编队动力学与自适应控制研究

针对地球同步轨道处共线三星库仑编队队形保持的自适应控制问题进行研究,建立共线三星库仑编队在地球同步轨道的非线性相对运动动力学模型,研究仅使用库仑力作为控制力,实现共线三星库仑编队径向静态稳定的控制方案,并在库仑力建模中考虑德拜效应的影响.基于建立的非线性化动力学模型,同时考虑到外部扰动力的影响,设计三星共线库仑编队在地球同步轨道的构型保持自适应控制律,并利用Lyapnuov稳定性理论证明系统的闭环稳定性,进行数值仿真.

径向两星库仑编队队形保持自适应控制研究

研究地球同步轨道处径向两星库仑编队队形保持的自适应控制问题.建立了双星库仑编队在地球同步轨道处径向两星库仑编队动力学模型.基于建立的非线性化动力学模型,同时考虑到外部扰动和动力学模型误差等因素,设计径向两星库仑编队在地球同步轨道处的构型保持自适应控制律,并利用Lyapnuov稳定性理论证明系统的闭环稳定性.最后进行数值仿真,并与传统PID控制进行了比较.仿真结果表明提出的自适应控制律响应速度快,稳定性好,编队构型能够收敛到期望值,控制性能明显优于PID控制.

粒子群算法求解不等质量库仑卫星编队最优构型

通过采用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO),求解出不等质量4星库仑卫星编队在平面和立体情况下的最优静态构型。当库仑卫星编队中各卫星的质量、带电量以及位置均为变量时,库仑卫星编队的静态构型模型具有很强的非线性特点。此时可以将非线性模型的求解问题转化为约束条件下的参数优化问题,通过PSO求得各种编队构型下的最优静态构型。同时,所提方法可以应用于求解PSO复杂多星编队情况下的最优静态构型,并为卫星队形重构问题等提供理论基础。

库仑力卫星编队动力学建模及基本稳定条件分析

分析了空间德拜屏蔽效应对库伦力编队应用范围的影响,根据库伦力编队静止轨道最佳应用前提,建立了基于拉格朗日方程的地球同步轨道库仑力卫星编队动力学模型并对其进行简化,讨论了沿地心和沿轨道面法线方向存在两星库伦力编队稳定构形的基本平衡条件。仿真结果表明:为提高库伦力编队效率以节约能源,应减小编队距离,减轻卫星质(重)量,同时尽可能增大卫星外表面体积。

采用混合推进下的库仑卫星编队重构控制研究

提出以库仑力为主、电推进为辅助的混合推进,用以解决库仑卫星编队在碰撞规避过程中的重构控制问题,重构控制采用模糊最优二次型控制,最后通过仿真进行了验证。

卫星库仑力编队飞行及控制发展研究综述

卫星库仑力编队作为一种全新的相对运动控制方式,与传统编队方法相比具有很大优势。本文综述了国内外有关库伦力编队问题的发展历程,对库仑编队的动力学建模和系统控制方法和稳定性的研究现状进行了整理和总结,并进一步指出研究方向。

二体旋转库仑卫星编队反馈线性化滑模控制

为了减少在库仑卫星编队运动过程中不确定因素的影响,避免控制过程中发生抖振现象,提高控制器的稳定性、准确性,设计了适用于二体旋转库仑卫星编队的反馈线性化滑模控制方法。首先在地月系平动点L_2点处附近建立二体旋转库仑卫星编队的动力学模型并进行简化,针对库仑编队动力学特性,在滑模控制中加入了线性化反馈项,保证了编队整体的鲁棒性;仿真结果证明,该方法能够使编队达到预期构型,具有良好的控制性能。

人工平动点附近混合推进航天器编队滑模控制保持

针对近距离航天器编队在日地系人工L1点附近的飞行控制问题,提出一种将太阳帆推进技术与库仑力编队技术相结合的混合推进控制方法。通过控制从航天器太阳帆相对于主航天器的姿态角调整主从间光压力差,同时与主从间库仑力相配合,既解决仅依靠太阳帆控制而存在的欠驱动问题,又改善了库仑编队的可控性。以太阳帆圆形限制性三体问题(SSCRTBP)模型为基础,给出共线人工平动点位置的计算方法,并构造主航天器运行轨道;引入航天器间库仑力,推导出混合推进编队相对运动方程;设计了固定时间滑模控制策略,以从航天器太阳帆的2个姿态角和主从间电荷积为控制量,对编队构型进行控制,将其与LQR控制策略对比,仿真结果表明:固定时间滑模控制策略在控制精度、所需时间、能量消耗等方面均优于LQR控制策略。在时长3年的任务中,编队仅用23天就展开完毕,保持阶段基线相对误差小于1%,其他两轴误差在厘米量级,整个过程无工质消耗,对于今后开展长期深空探测任务具有重要意义。

地球同步轨道三星编队位置平衡研究

针对三卫星库仑力编队在地球同步轨道构型与指向控制问题,研究编队位置平衡解.旨在为稳定控制设计提供能控性依据与前馈平衡解。研究挑战一方面在于三星库仑力编队系统的仿射非线性,另一方面需保证平衡电荷解为实数解。首先在希尔坐标系下建立以构形参数为自变量的动力学模型,然后在特定假设条件下根据平衡解条件去解算平衡解对应的构形参数与控制输入,使得库仑力和重力抵消掉航天器间的相对加速度,实现航天器相对希尔坐标系的位置保持。最后通过数值方法得到了等腰三角形编队在不同希尔坐标轴平面内电荷量与方位角和顶角的关系,以及可行域百分比与顶角的关系。