卫星编队协调控制的3D实时仿真

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卫星编队已经成为了新一代的航天领域研究重点。卫星编队与单个卫星相比,可以完成更加复杂的任务,但需要的成本更低,并且可靠性更高。近年来随着多智能体控制算法的研究深入,基于一致性算法的分布式协调控制在卫星编队队形控制中有着巨大的应用前景。但是由于卫星编队的数学模型具有非线性特性,并且存在不确定因素和约束条件,在应用方面存在一定的难度。本论文提出的卫星编队协调控制算法,可以减少计算量并实现队形保持控制。首先介绍论文的相关理论知识。先介绍了卫星编队的数学模型;再介绍了一致性分析中常用的图论知识,以及常用的一致性算法;最后针对参考星位于圆轨道时,设计了常见的编队飞行队形。其次针对卫星编队的队形保持控制,设计了两种集中式控制器:线性二次型最优控制器和基于Lyapunov势函数的控制器,并进行仿真验证。再次基于一致性理论,采用分布式控制结构,设计了三种队形协调控制算法。本论文提出的全状态反馈队形协调控制器中包含有协调一致性条件,可以实现在队形机动过程中的队形保持。在此基础上,提出了无速度反馈队形协调控制器。并且为了减少计算量,结合领航者算法,提出了领航者协调控制算法,可以完成卫星编队的队形保持和重构,并进行了实例仿真。由于卫星是一种昂贵的科研设备,直接在卫星上进行实验的机会很少,并且在前期研发中需要不断的测试、调整控制器参数,因此卫星的仿真就显得尤为重要了。本论文设计开发了基于Web的卫星3D实时仿真平台,可以解决卫星算法仿真中的实时性问题和3D效果问题,并且以三颗卫星的协调控制算法为例,实现了卫星编队协调控制算法的分布式仿真,在工程中有一定的应用前景。
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