考虑执行机构误差的编队卫星姿态分布式时延滑模自适应协同控制

doi:CNKI:11-1929/V.20110316.1336.006

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考虑执行机构误差的编队卫星姿态分布式时延滑模自适应协同控制

吕跃勇, 胡庆雷, 马广富, 周稼康

哈尔滨工业大学控制科学与工程系, 黑龙江哈尔滨 150001

收稿日期:2010-12-16 修回日期:2011-01-07 出版日期:2011-09-25 发布日期:2011-09-16
通讯作者: 胡庆雷(1979-) 男,博士,副教授,博士生导师。主要研究方向:航天器编队姿态控制、容错控制。 Tel: 0451-86402726 E-mail: huqinglei@hit.edu.cn E-mail:huqinglei@hit.edu.cn
作者简介:吕跃勇(1983-) 男,博士研究生。主要研究方向:航天器编队飞行控制、姿态控制、轨道控制。 Tel: 0451-86413411-8606 E-mail: lvyueyong@gmail.com; 马广富(1962-) 男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:卫星姿态控制、最优控制。 Tel: 0451-86402726 E-mail: magf@hit.edu.cn; 周稼康(1982-) 女,博士研究生。主要研究方向:航天器编队飞行控制、卫星姿态控制。 Tel: 0451-86413411-8606 E-mail: zhou_jia_kang@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(61004072);高等学校博士学科点专项科研基金(20102302110031);黑龙江省留学回国人员科学基金(LC08C01); 哈尔滨市科技创新人才研究专项基金(2010RFLXG001); 中央高校基本科研业务专项基金(HIT.KLOF.2010016)

Decentralized Time-delay Adaptive Sliding Mode Control for Attitude Coordination of Satellite Formation Under Actuator Misalignment

LU Yueyong, HU Qinglei, MA Guangfu, ZHOU Jiakang

Department of Control Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China

Received:2010-12-16 Revised:2011-01-07 Online:2011-09-25 Published:2011-09-16

摘要/Abstract

摘要： 针对编队卫星姿态协同控制问题,在考虑到执行机构误差的前提下,提出一种将时延控制与滑模自适应控制相结合的鲁棒控制方法。该方法通过引入自适应更新律实现对执行机构小角度安装误差的在线估计,同时通过滑模控制完成对外界干扰和执行机构随机幅值误差等随机扰动的抑制。由于引入了时延环节,只需对上一时刻控制力矩进行单位时延,达到大大简化控制器设计复杂度的目的。基于Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的稳定性。最后,通过数值仿真对提出的控制方法进行了验证,仿真结果表明该方法能够有效抑制外部干扰和执行机构随机幅值误差的影响,对执行机构安装误差的自适应在线估计能够快速稳定收敛,鲁棒性强,且具有良好的过渡过程品质。

关键词: 卫星编队, 姿态协同, 安装误差, 滑模控制, 时延控制, 自适应

Abstract: This paper develops an adaptive sliding mode attitude control system combined with time-delay control for the attitude coordination of satellite formation, especially when there exists the misalignment and magnitude error of active actuators. An adaptive update algorithm is presented to estimate the misalignment of actuators online, while the external disturbances together with random magnitude errors of an actuator are attenuated by the sliding mode controller. In addition, due to the introduction of the time-delay element, which just delays the last instantaneous control torque for a unit time, the complexity of controller design is greatly reduced. The stability of the closed-loop system is also proved based on the Lyapunov theory. Finally, the effectiveness of the corresponding controller is studied through numerical simulation. The results demonstrate that the external disturbance and random magnitude error can be attenuated by choosing appropriate control parameters, and the adaptive update algorithm can converge in a short time as well.

Key words: satellite formation, attitude coordination, misalignment, sliding mode control, time-delay control, adaptivity

中图分类号:

V448.2

吕跃勇, 胡庆雷, 马广富, 周稼康. 考虑执行机构误差的编队卫星姿态分布式时延滑模自适应协同控制[J]. 航空学报, 2011, 32(9): 1686-1695.

LU Yueyong, HU Qinglei, MA Guangfu, ZHOU Jiakang. Decentralized Time-delay Adaptive Sliding Mode Control for Attitude Coordination of Satellite Formation Under Actuator Misalignment[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2011, 32(9): 1686-1695.

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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