基于行为方式的航天器编队多行为控制研究

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随着空间探测和天文观测科学的发展,航天器编队的位置和姿态协同控制在分布式深空干涉仪等深空编队任务中起着重要作用。行为方式控制策略在机器人领域的日渐成熟和其表现出来的智能、可靠、灵活的特点使得其在航天器编队研究中的应用需求日渐迫切。本文以深空编队飞行器为研究背景,采用行为方式控制策略,研究了航天器编队位置和姿态多行为控制问题,内容如下:针对航天器编队位置协同控制问题,采用行为方式控制策略,定义位置机动目标趋近和位置机动编队保持两个行为,并给出误差指标。设计利用自身和邻近航天器状态和速度信息的位置协同控制器,通过Lyapunov直接方法和LaSalle不变集原理分析了控制器的稳定性和收敛性,并给出了数学仿真算例。针对航天器编队姿态协同控制问题,采用行为方式控制策略,定义了目标姿态趋近和编队姿态保持两个行为,并给出误差指标。设计利用自身和邻近航天器姿态和角速度信息的姿态协同控制器。控制器的稳定性和收敛性利用Lyapunov直接方法和LaSalle不变集原理进行了证明。研究并计算了三个航天器组成环状编队时的姿态协同控制参数的吸引域。最后给出了数学仿真算例。针对分布式深空干涉仪工作模式下的航天器编队位置和姿态多行为控制问题,分析了编队姿态协同过程中航天器的期望姿态与其航天器在编队中的位置相关的这一情况,由此给出了位置机动目标趋近,位置机动编队保持,姿态目标趋近与编队姿态保持四个行为的描述和误差指标。采用行为方式控制策略,设计编队位置和姿态多行为控制器,通过Lyapunov直接方法和LaSalle不变集原理对设计的控制器证明了稳定性和收敛性,并给出数学仿真算例。仿真结果表明,所设计的位置与姿态多行为控制器能够有效消除行为误差,同时使多个行为在控制器作用下得以实现。
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