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

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaSep．252011V01．32No．91686—1695ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．on文章编号：1000—6893(2011)09—1686—10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

2、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

3、词：卫星编队；姿态协同；安装误差；滑模控制；时延控制；自适应中图分类号：V448．2文献标识码：A鉴于运载火箭推力、发射成本及卫星物理结构等多方面的限制，以及微小卫星技术的发展，卫星编队飞行因其结构灵活、功能强大、可靠性高、生命周期长及发射风险低等优点，已经成为航天控制领域近年来研究的热点[1。2]。卫星编队通过形成一定的空间构型，相互作用、协同工作，以类似一颗虚拟单体卫星的方式来完成空间任务。为了实现特定的编队构型，高精度的相对姿态控制与相对位置控制一样成为了编队飞行控制技术的关键。实现编队成员姿态协同控制的方法多种多样，大致可归于

4、以下两种范畴：集中式控制和分布式控制。以主一从结构[3+6]和虚拟结构‘7{1控制方法为典型代表的集中式控制方法往往通过把编队控制问题简化为成员卫星的单星姿态跟踪问题进行解决。这类方法虽然在控制器的实际应用方面具有很大优势，但同时也令主星(既指主一从结构中的真实主星，也指虚拟结构中的虚拟主星)成为系统的单一故障点，即一旦主星失效则整个编队将崩溃。同时，这也对成员卫星的跟踪能力提出了很高的要求。因此，虽然在编队成员较少的情况下，集中式控制方法优势独到，但在成员数目逐渐增大的趋势下，集中式控制方法不再值得推荐。相比之下，分布式控制方法把计

5、算分配到每个成员上，成员之间进行相互的信息反馈，大大降低了单个成员的计算压力同时也避免了集中式控制方法的单点故障问题[9]，因此在编队成员较多时有很好的应用前景，因此本文采用分布式控制方法进行控制器设计。收稿日期：2010．12．16；退修日期：2011—01·07；录用日期：2011—03—07；网络出版时间：2011-03·1613：36：16网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detaU／11．1929．V．20110316．1336．006htmIDOI：CNKI：11—1929／V201103161336．006

6、基金项目：国家自然科学基金(61004072)；高等学校博十学科点专项科研基金(20102302110031)l黑龙江省留学同国人员科学基金(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)*通讯作者．Tel．：0451·86402726E-mail：huqinglei@hit．edu．∞葶l禹格武Is跃秀．胡庆雷．马广富．等．考虑执行机构误差的编队卫星姿态分布武对延婿模自适应协圊控刳￡J-，航空学援．201T．32(9)：1686．169

7、5．LuYueyong．HuQing／ei．MaGuangfu·eta1．Decentralizedtime-delayadaptiveslidingmodecontrolforatti-tudecoordinationofsatelliteformationunderactuatormisalignmentLJj．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，20II．32(9)：1686．1695．吕跃勇等：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在编队飞行技术的实际应用过程中，控制精度

8、是保障编队任务顺利进行的关键。绝大部分文献研究资料均假定执行机构能够精确输出，而忽略了执行机构存在的误差。实际上，无论哪种执行机构都不可避免地存在输出误差，即实际输出值(真实值)与理想输出值(标称值)之间存在误差，这种误