编队航天器协同绕飞非合作目标的全驱预设性能控制

doi:10.7527/S1000-6893.2024.28904

全驱系统理论及其在航空航天领域的应用专栏

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编队航天器协同绕飞非合作目标的全驱预设性能控制

殷泽阳¹, 邢友朋¹, 韩飞², 魏才盛¹(), 廖宇新¹

^1.中南大学自动化学院，长沙　410083
^2.上海航天控制技术研究所，上海　201109

收稿日期:2023-04-21 修回日期:2023-05-15 接受日期:2023-06-28 出版日期:2024-01-15 发布日期:2023-07-07
通讯作者: 魏才盛 E-mail:caisheng_wei@csu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(62103446);湖南省自然科学基金(2022JJ20081);飞行动力学技术重点实验室基金(KJW6142210210306);中南大学创新驱动计划项目(2023CXQD066)

Fully-actuated prescribed performance control of spacecraft formation for flying cooperatively around non-cooperative target

Zeyang YIN¹, Youpeng XING¹, Fei HAN², Caisheng WEI¹(), Yuxin LIAO¹

^1.School of Automation，Central South University，Changsha 　410083，China
^2.Shanghai Aerospace Control Technology Institute，Shanghai 　201109，China

Received:2023-04-21 Revised:2023-05-15 Accepted:2023-06-28 Online:2024-01-15 Published:2023-07-07
Contact: Caisheng WEI E-mail:caisheng_wei@csu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(62103446);Fund of Hunan Provincial Natural Science(2022JJ20081);Funding of Science and Technology on Aerospace Flight Dynamics Laboratory(KJW6142210210306);Central South University Innovation-Driven Research Program(2023CXQD066)

摘要/Abstract

摘要：

针对利用多星编队协同绕飞空间非合作目标的控制问题，考虑外部干扰和目标非期望轨道机动影响，提出了一种基于全驱系统理论的分布式约定时间预设性能控制方法。首先，基于视线坐标系建立服务航天器编队绕飞非合作目标的相对运动方程，并将其转化为全驱系统形式以降低控制器设计复杂度；其次，结合拓扑理论设计一种分布式约定时间预设性能控制器，保证多星编队绕飞的瞬态和稳态控制性能；此外，引入扩张状态观测器观测并合理补偿系统中存在的不确定项与干扰，提高多星编队绕飞的控制精度与鲁棒性。最后，通过两组绕飞仿真验证了所设计控制方法的有效性。

关键词: 全驱系统理论, 编队绕飞, 非合作目标, 预设性能控制, 扩张状态观测器

Abstract:

To address the cooperative control problem of using spacecraft formation for approaching and flying around the non-cooperative target， a distributed prescribed performance control method based on the fully-actuated system theory is proposed in consideration of external interference and unexpected orbital maneuvers. First， a relative dynamic model for the service spacecraft formation and the non-cooperative target is established based on the line-of-sight coordinate system， and the fully-actuated control law is constructed to reduce the complexity of controller design. Furthermore， a distributed agreed-time prescribed performance controller is designed using the topology theory to ensure the control performance of the spacecraft formation around the target. In addition， an extended state observer is employed to observe and compensate for the uncertainties and disturbances in the system， thereby improving the control precision and robustness in spacecraft formation flying around the target. Finally， the effectiveness of the designed control method is verified by two sets of flying around simulations.

Key words: fully-actuated system theory, formation flying-around, non-cooperative, prescribed performance control, extended state observer

中图分类号:

V448

殷泽阳, 邢友朋, 韩飞, 魏才盛, 廖宇新. 编队航天器协同绕飞非合作目标的全驱预设性能控制[J]. 航空学报, 2024, 45(1): 628904-628904.

Zeyang YIN, Youpeng XING, Fei HAN, Caisheng WEI, Yuxin LIAO. Fully-actuated prescribed performance control of spacecraft formation for flying cooperatively around non-cooperative target[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(1): 628904-628904.

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参考文献 30

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