[发明专利]复杂约束条件下的航天器编队姿态有限时间协同控制方法

说明书

本发明实施例提供了一种复杂约束条件下的航天器编队姿态有限时间协同控制方法，所述方法包括：确定编队拓扑结构，获取航天器编队的当前姿态值；将航天器姿态控制方程转化成系统追踪误差方程；调用系统状态观测器对各航天器编队成员的角速度和姿态值进行估计，得到角速度估计值以及姿态估计值；对邻近编队成员的角速度估计值以及所述姿态估计值进行耦合得到控制滑模变量；将所述控制滑模变量发送至控制器，以使所述控制器按照预设滑模控制算法将所述控制滑模变量转化为控制信号。本发明实施例提供的方法，能够对复杂约束条件下的航天器编队姿态进行精确控制。

技术领域

本发明涉及控制科学技术领域，特别是涉及一种复杂约束条件下的航天器编队姿态有限时间协同控制和装置、电子设备以及计算机可读存储介质。

背景技术

近年来，诸如卫星、飞船等航天器编队因在军事侦察、深空探测、环境监测、定位服务等领域的巨大优势和广阔前景而引起专家和学者的高度重视，是控制科学领域的重要研究方向。与结构复杂、功能性强的单一大型航天器相比，许多中小型航天器编队具有成本低、扩展性好、功能多样的特点，且能够完成更为复杂地航天任务。

然而，在实际应用中，一些中小型航天器由于成本或体积结构的限制无法实现对自身姿态角速度的量测，这就使得现有的相关控制算法无法应用。现实的办法就是通过设计状态观测器或者输出反馈控制器进行在线估计。另一方面，由于任务需求，需要航天器姿态在有限时间内实现对期望姿态的精确跟踪，而非传统的渐进跟踪控制，特别是当这一需求与系统外部扰动、角速度不可量测等约束条件耦合在一起时，就使得航天器编队姿态有限时间协同控制问题变得极富挑战性。因此，在复杂约束条件下如何设计高精度和强鲁棒性的协同控制律是当前编队协同控制研究中的重点问题。

发明内容

本发明提供了一种复杂约束条件下的航天器编队姿态有限时间协同控制方法和装置、电子设备以及计算机可读存储介质，以解决现有技术中存在的无法对复杂约束条件下的航天器编队姿态有限时间协同控制的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种复杂约束条件下的航天器编队姿态有限时间协同控制方法，所述方法包括：确定编队拓扑结构，获取航天器编队的当前姿态值；将航天器姿态控制方程转化成系统追踪误差方程；调用系统状态观测器对各航天器编队成员的角速度和姿态值进行估计，得到角速度估计值以及姿态估计值；对邻近编队成员的角速度估计值以及所述姿态估计值进行耦合得到控制滑模变量；将所述控制滑模变量发送至控制器，以使所述控制器按照预设滑模控制算法将所述控制滑模变量转化为控制信号。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种复杂约束条件下的航天器编队姿态有限时间协同控制装置，所述装置包括：确定模块，用于确定编队拓扑结构，获取航天器编队的当前姿态值；转化模块，用于将航天器姿态控制方程转化成系统追踪误差方程；估计模块，用于调用系统状态观测器对各航天器编队成员的角速度和姿态值进行估计，得到角速度估计值以及姿态估计值；耦合模块，用于对邻近编队成员的角速度估计值以及所述姿态估计值进行耦合得到控制滑模变量；发送模块，用于将所述控制滑模变量发送至控制器，以使所述控制器按照预设滑模控制算法将所述控制滑模变量转化为控制信号。

为了解决上述问题，本发明公开了电子设备，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如权利要求书中所述的任意一种复杂约束条件下的航天器编队姿态有限时间协同控制方法。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求书中所述的任意一种复杂约束条件下的航天器编队姿态有限时间协同控制方法。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：