基于全驱系统方法的组合航天器位姿自适应预设性能控制

针对非合作航天器被成功捕获后所形成的组合航天器的位姿控制任务,考虑系统中含有的未知扰动的影响,设计了一种基于全驱系统方法的自适应预设性能控制器。根据欧拉姿态动力学方程和轨道动力学方程,建立了简洁的组合航天器位姿动力学方程;通过引入预设性能函数,对组合航天器位姿误差的瞬态和稳态性能进行约束;进一步应用全驱系统方法,对带有未知扰动的组合航天器位姿误差系统设计自适应预设性能控制器;此外,通过构造Lyapunov函数证明了所提出的控制器的稳定性;最后,数值仿真结果和半物理仿真实验结果表明,在所设计的控制器作用下,组合航天器能够实现精确的位姿控制,同时系统的状态误差始终收敛于预设性能包络内,验证了所设计控制器的有效性和实用性。

时变通信约束下航天器绕飞的高阶全驱预测控制方法

针对视线坐标系下具有时变通信约束的航天器绕飞问题,提出了一种高阶全驱(HOFA)预测控制方法以实现绕飞任务并主动补偿服务航天器与跟踪与数据中继卫星系统间的时变通信延迟和数据丢包。首先,在视线坐标系下引入了一个非线性高阶全驱系统模型来描述航天器绕飞的相对动力学模型,并将所提出的绕飞任务转换为非线性高阶全驱系统的跟踪控制问题。其次,利用全驱特性抵消系统中的非线性,从而构建一个线性高阶全驱(LIHOFA)系统。然后,应用丢番图方程建立一个增量线性高阶全驱预测模型以代替传统的降阶预测模型,进而构建多步超前预测以实现跟踪控制性能的优化和时变通信约束的补偿,从而有效地保证了绕飞任务的实现。同时,给出了一个简单的充要条件以分析闭环系统的稳定性和跟踪性能。最后,还提供了航天器在圆轨道和椭圆轨道绕飞的数值仿真以验证高阶全驱预测控制方法的可行性。

基于干扰观测器的一类组合航天器高阶全驱抗干扰控制

研究了一类组合航天器的高阶全驱(HOFA)抗干扰控制,其干扰包括具有未知参数的输入端干扰和常值外部干扰。首先,引入一种一般化的离散时间高阶全驱后向差分模型,并对其中的2种干扰分别进行了干扰估计。其次,基于HOFA系统框架,设计了基于干扰观测器的复合控制器,不仅可以有效抑制干扰,而且能够得到一个可任意配置特征结构的闭环系统。然后,利用参数化方法,分别建立了观测器增益矩阵和反馈控制矩阵的完全参数化形式。最后,所提方法被应用于一类实际组合航天器模拟器,仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。