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申请/专利权人：中南大学

摘要：本发明提供了一种基于事件触发的空间多星协同编队控制方法，包括：建立航天器编队系统的动力学和运动学模型；在每个跟随者航天器中设置扩张状态观测器，通过扩张状态观测器估计模型不确定性及外部扰动；建立误差数学模型；依据跟踪误差的暂态和稳态行为施加指定的性能约束，设计具有性能保证和指定时间收敛的编队控制器，通过事件触发策略确定编队控制器更新时间；结合人工势函数，设计无碰撞控制项，以避免相邻航天器之间的碰撞。本发明能够在编队成员航天器间无需进行高频信息交互的情况下实现编队航天器的协同控制，完成高性能编队跟踪控制的同时在事件触发机制下实现了航天器无碰撞的编队跟踪。

主权项：1.一种基于事件触发的空间多星协同编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立航天器编队系统的动力学和运动学模型，其中航天器编队系统包括领导者航天器及多个跟随者航天器；S2，在每个跟随者航天器中设置扩张状态观测器，通过扩张状态观测器估计模型不确定性及外部扰动；S3，建立扩张状态观测器和跟随者航天器自身状态的误差数学模型；S4，依据跟踪误差的暂态和稳态行为施加指定的性能约束，设计具有性能保证和指定时间收敛的编队控制器，通过事件触发策略确定编队控制器更新时间；S5，结合人工势函数，设计无碰撞控制项，以避免相邻航天器之间的碰撞；S1中多航天器编队系统中有N个相同的跟随者航天器，领导者航天器作为虚拟的编队中心，引导跟随者逐渐形成所需的编队构型，O为地球质心，R和Ri分别表示从地心到领导者航天器质心和第i个航天器质心的位置矢量，R＝[Rc,0,0]T，θ,ac,ec分别表示航天器的真近点角、半长轴以及轨道偏心率，ri表示第i个航天器质心到地心的距离，即Ri表示从地心到第i个航天器质心的位置矢量，记地心赤道惯性坐标系为参考航天器轨道坐标系为则第i个航天器的动力学模型写成如式1所示的形式： 其中，分别表示第i个航天器的位置、速度信息，mi为第i个航天器的质量，为控制输入，为航天器所受到的外界干扰力矩，为斜对称矩阵，μ是地球引力常数，为航天器的引力矢量，非线性矩阵Di表示为： 其中真近点角θ的一阶导数二阶导数的表达式分别为为虚拟领导者的轨道角速度；对式1进行变换，得到： 其中，表示航天器的模型不确定性和外部扰动的组合，控制输入由以下两部分组成： 其中，ui,c为编队跟踪控制律，用于编队的实现和保持，ui,col为避碰控制律，保证在编队跟踪过程中，航天器之间不会发生碰撞；S2中采用式5所示的扩张状态观测器进行估计： 其中，分别为xi,vi以及fi的估计，βi,k,k＝1,2,3为扩张状态观测器的增益；定义m＝1,2,3为zi,m相对应的估计误差，则：fi＝zi,3+eoi,36；将各个航天器之间的通信拓扑建模成无向图gv,ε,A，其中ν＝{1,2,…,N}为顶点集合，为无向边的集合，为邻接矩阵；aij＝1表示航天器i与航天器j之间有通信，此时航天器i与航天器j之间存在一条无向边，即i,j∈ε，航天器i和j能互相获得对方的信息，aij＝0表示航天器i和j之间无通信；aii＝0表示航天器i与其自身无需通信；若aij＝1,则航天器j为航天器i的邻居航天器，航天器i的邻居航天器的集合记为在编队飞行过程中，领导者航天器按照预先规划好的路径飞行，而跟随者航天器通过预设的控制策略与领航者航天器之间保持一定的相对位置和方向飞行；bi＝1表示航天器i与领导者航天器之间有通信，bi＝0表示航天器i与领导者航天器之间无通信；对于整个航天器编队系统，至少有一个跟随者航天器可以获得领导者航天器的信息，即

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