[发明专利]分布式航天器编队自适应有限时间姿态协同跟踪控制方法

权利要求书

1.一种分布式航天器编队自适应有限时间姿态协同跟踪方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤A、针对包含n个跟随者航天器和1个领航者航天器的航天器编队系统，在各个航天器的本体坐标系下，建立各个航天器j的姿态运动学方程和动力学方程；j＝0,1,2……n，其中，j＝0时表示领航者航天器，j＝1,2……n时表示跟随航天器；

步骤B、基于领航者航天器的姿态运动学方程和动力学方程，根据领航者航天器的角速度，获取领航者航天器的角加速度、姿态；

步骤C、根据航天器编队系统中各个航天器之间的通信状态构建航天器编队系统的通信拓扑结构，将所述通信拓扑结构以邻接矩阵元素a_ij表示；若航天器i可以接收到航天器j的信息，a_ij＞0；否则a_ij＝0；其中，i＝1,2……n，i≠j；

步骤D、基于有限时间原理和一致性算法，设计分布式有限时间观测器；

步骤E、根据领航者航天器的角速度、角加速度、姿态、航天器编队系统的通信拓扑结构，以及分布式有限时间观测器，获取航天器编队系统中各个跟随者航天器对领航者航天器角速度的估计和姿态的估计；

步骤F、将各个航天器对领航者航天器角速度的估计和姿态的估计输入设定的估计误差系统，获取各个跟随者航天器的角速度跟踪误差估计值、姿态跟踪误差估计值；所述估计误差系统为各跟随者航天器的姿态跟踪误差估计方程和角速度跟踪误差估计方程；

步骤G、分别针对航天器编队系统中的各个跟随者航天器i，执行如下步骤G1至步骤G4：

步骤G1、根据跟随者航天器i和其各邻居航天器的角速度跟踪误差估计值和姿态跟踪误差估计值，构建跟随者航天器i、以及其各邻居航天器分别对应的快速非奇异终端滑模变量，进而设计跟随者航天器i的分布式航天器编队有限时间协同跟踪算法控制器f_i1；所述邻居航天器为到跟随者航天器i通信的航天器；

步骤G2、根据跟随者航天器i的快速非奇异终端滑模变量、以及设定的外界干扰和不确定转动惯量自适应补偿控制器参数自适应律，设计跟随者航天器i的外界干扰和不确定转动惯量自适应补偿控制器f_i2；

步骤G3、根据与跟随者航天器i的分布式航天器编队有限时间协同跟踪算法控制器fi1和跟随者航天器i的外界干扰和不确定转动惯量自适应补偿控制器f_i2，设计跟随者航天器i的控制力矩τ_i＝f_i1+f_i2；

步骤G4：跟随者航天器i的执行机构根据控制力矩τ_i控制航天器，使跟随者航天器i的姿态和领航者航天器的姿态同步，最终实现航天器编队系统中的各航天器姿态一致。

2.根据权利要求1所述的分布式航天器编队自适应有限时间姿态协同跟踪方法，其特征在于，在步骤A中，各个航天器j对应的姿态运动学方程和动力学方程分别如公式(1)和公式(2)所示：

其中，分别表示航天器j的姿态四元数矢量、航天器j的姿态四元数标量，I是单位矩阵，ω_j表示航天器j本体坐标系相对惯量坐标系在其本体坐标系下的角速度矢量，分别为ω_j的导数，表示的转置；分别是ω_j的斜对称矩阵；J_j是航天器j转动惯量矩阵，τ_j和d_j分别表示航天器j的执行机构控制力矩和干扰力矩。

3.根据权利要求1所述的分布式航天器编队自适应有限时间姿态协同跟踪方法，其特征在于，在步骤C中，所述航天器编队系统的通信拓扑结构为以领航者航天器为根节点的有向生成树状结构；在该通信拓扑结构中，获取领航者航天器信息的航天器数量为k，k＜n。