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摘要
近地空间的多航天器系统编队协同控制是支撑多项国家重大工程的关键技术之一,例如:天琴计划,因此近年来受到了多个科学领域的广泛关注。本研究主要针对多航天器系统在执行机动控制和编队保持任务时通信、计算和能源资源有限以及领导-跟随编队控制模式容错性低等问题,具体开展了以下工作:1)通过改进原有航天器轨道机动最优控制方法,解决了航天器到达目标点附近时收敛速度变缓的问题。2)基于一致性理论提出了一种分布式编队中心估计和编队保持方法,使得各航天器仅依靠局部信息测量即可实现期望的全局编队构型保持。该方法有效避免了传统领导-跟随编队控制方法中因领导者失控而引起编队失稳的现象。3)进一步引入了动态事件触发的控制与通信任务调度机制。基于良好设计的动态事件条件,相对于时间触发的控制和通信机制,每个航天器仅在控制系统失稳的时刻进行通信和控制更新,因此极大的减少了航天器之间的通信和控制更新频率,从而有效地节省了不必要的通信、计算和太阳能资源。此外,相对于静态触发控制方法,动态事件条件设计具有更大的触发时间间隔。值得注意的是,本研究不但理论排除了闭环控制系统的Zeno行为,还进一步设计实现了触发间隔的可调性和全局鲁棒事件分离属性,这些良好的系统特性增加了所得理论结果在工程应用中的可行性与可靠性。4)通过数值模拟验证了所得结果的可行性。该工作成果丰富了多航天器编队系统协同控制理论,并可为相关工程应用提供理论参考。
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