星间通信受限下航天器姿态协同控制方法研究.pdf

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1、硕士学位论文星间通信受限下航天器姿态协同控制方法研究ATTITUDESYNCHRONIZATIONFORMULTIPLESPACECRAFTUNDERLIMITEDINTER-SPACECRAFTCOMMUNICATION许闯哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工程硕士学位论文星间通信受限下航天器姿态协同控制方法研究硕士研究生：许闯导师：吴宝林副教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：卫星技术研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.D.C

2、:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringATTITUDESYNCHRONIZATIONFORMULTIPLESPACECRAFTUNDERLIMITEDINTER-SPACECRAFTCOMMUNICATIONCandidate：ChuangXUSupervisor：AssociateProf.BaolinWuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：AerospaceEngineeringAffiliation：ResearchCenterofSatellit

3、eTechnologyDateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近年来，越来越多的学者针对多航天器姿态协同控制展开研究。由于航天器携带的星间通讯设备性能有限、星间距离过远等因素的影响，航天器间通讯往往存在星间通讯带宽不足问题。此外，由于系统模型不确定、外界干扰等不利因素的影响，使得航天器姿态协同控制难以取得令人满意的控制精度。因此，本文研究了存在航天器间通讯受限、系统参数不确定性及外部扰动情况下的航天器姿态协同控制方法。论文的主要内容如

4、下：首先，基于事件触发方法，设计了星间通讯拓扑为无向的航天器姿态协同控制策略。在该策略中，只有当前系统的事件触发误差大于预设定阈值时，航天器才向相邻航天器发送自身的状态信息，期间相邻航天器姿态协同控制器用零阶保持器即可，以避免非必要通讯，减少星间通讯负担。在此基础上，又进一步考虑了系统模型参数不确定和外界干扰的影响。利用姿态误差四元数和姿态误差角速度构造滑模变量，并以滑模变量设计一种自适应姿态协同控制律对系统模型参数不确定和外界干扰进行弥补，同时还保证航天器系统状态协同地追踪期望姿态轨迹。通过Lyapunov稳定性理论证明这两种控制系统的稳定性，并在数学仿真验证了这两种姿态协同控制策略

5、的性能。仿真结果表明相较于传统的时间采样通讯方式，事件触发方法可以大幅减少通讯频率，减轻通讯负担。然后，基于量化方法，设计了星间通讯拓扑为无向的航天器姿态协同控制策略。在该策略中，只有当前系统的量化值与上一时刻的量化值发生改变时，航天器才向相邻航天器发送自身的量化信息，期间用零阶保持器即可。在此基础上，进一步考虑了系统模型参数不确定和外界干扰的影响，设计一种自适应姿态协同控制律，保证航天器系统状态协同地追踪期望姿态轨迹。通过Lyapunov稳定性理论证明这两种控制系统的稳定性，并在数学仿真验证了这两种姿态协同控制策略的性能，而且仿真结果表明相较于传统的时间采样通讯方式，量化方法可以大幅

6、减少通讯频率，减轻通讯负担。关键词：星间通讯受限，姿态协同，事件触发控制，对数量化器，自适应控制I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,manyattentionhasbeenpaidtothestudyofattitudesynchronizationforagroupofspacecraft.Insomeattitudesynchronizationmissions,theinter-spacecraftcommunicationresourcesarelimitedduetothepoorperformanceofinter-spacecraf

7、tcommunicationequipmentandlonginter-spacecraftdistance.Moreover,theadverseeffectsofmodeluncertaintiesandexternaldisturbancesmaketheperformanceoftheattitudesynchronizationsystemunsatisfying.Hence,thispaperinvestigatedtheattit