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电磁航天器编队悬停鲁棒协同控制方法

张亚博 师鹏 张皓 赵育善

张亚博, 师鹏, 张皓, 等 . 电磁航天器编队悬停鲁棒协同控制方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(2): 388-397. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0282
引用本文: 张亚博, 师鹏, 张皓, 等 . 电磁航天器编队悬停鲁棒协同控制方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(2): 388-397. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0282
ZHANG Yabo, SHI Peng, ZHANG Hao, et al. A robust coordinated control method for hovering of electromagnetic spacecraft formation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(2): 388-397. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0282(in Chinese)
Citation: ZHANG Yabo, SHI Peng, ZHANG Hao, et al. A robust coordinated control method for hovering of electromagnetic spacecraft formation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(2): 388-397. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0282(in Chinese)

电磁航天器编队悬停鲁棒协同控制方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0282
基金项目: 

国家自然科学基金 11572019

中国科学院太空应用重点实验室开放基金 LSU-2016-07-02

中国科学院百人计划 

详细信息
    作者简介:

    张亚博  男, 硕士研究生。主要研究方向:航天器动力学与控制、卫星编队飞行技术

    师鹏  男, 博士, 讲师, 硕士生导师。主要研究方向:航天器总体设计、航天器动力学与控制

    张皓  男, 博士, 副研究员, 硕士生导师。主要研究方向:航天器动力学与控制

    赵育善  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航天器动力学与控制

    通讯作者:

    师鹏, E-mail: shipeng@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V412.4

A robust coordinated control method for hovering of electromagnetic spacecraft formation

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 11572019

the Open Research Fund of Key Laboratory of Space Utilization of Chinese Academy of Sciences LSU-2016-07-02

100 Talents Program of the Chinese Academy of Sciences 

More Information
  • 摘要:

    针对电磁航天器编队近地轨道悬停问题,提出一种在缺少参考轨道准确信息时的协同控制方法。用TH方程描述航天器间的相对运动,选择与参考轨道同周期的圆轨道为标称轨道。将参考轨道相对于标称圆轨道的偏差、地球非球形引力、大气阻力及其他天体引力等参数单独归类,视其为不确定量,构成不确定系统。通过引入一致性理论,在电磁作用模型和动力学方程均存在不确定性的条件下,针对航天器编队悬停的目标设计了鲁棒协同控制律。考虑能量消耗最优和均衡以及轨道姿态解耦,给出了通过优化进行磁矩配置的方案。仿真结果表明,所设计的鲁棒协同控制律能够实现编队电磁航天器高精度悬停,所给出的磁矩配置方案能够实现磁矩的合理分配。

     

  • 图 1  电磁线圈相互作用示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of electromagnetic coil interaction

    图 2  磁偶极子相互作用示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of magnetic dipole interaction

    图 3  航天器编队悬停参考系

    Figure 3.  Spacecraft formation hovering coordinate system

    图 4  电磁航天器悬停编队构型

    Figure 4.  Hovering formation configuration of electromagnetic spacecraft

    图 5  AB相对位置跟踪误差曲线

    Figure 5.  Tracking error curves of AB relative position

    图 6  CD相对位置跟踪误差曲线

    Figure 6.  Tracking error curves of CD relative position

    图 7  AB相对速度跟踪误差曲线

    Figure 7.  Tracking error curves of AB relative velocity

    图 8  CD相对速度跟踪误差曲线

    Figure 8.  Tracking error curves of CD relative velocity

    图 9  控制磁矩曲线

    Figure 9.  Curves of control magnetic moment

    图 10  电磁力曲线

    Figure 10.  Curves of electromagnetic force

    图 11  编队悬停外力曲线

    Figure 11.  Curve of formation hovering external force

    图 12  暂态构型维持位置误差曲线

    Figure 12.  Curve of transient configuration position keeping error

    图 13  能量消耗对比

    Figure 13.  Comparison of energy consumption

    表  1  参考轨道参数

    Table  1.   Reference orbital parameters

    轨道参数 数值
    a/km 7 371
    e 0.01
    i/(°) 45
    Ω/(°) 45
    ω/(°) 30
    θ/(°) 0
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    表  2  状态初值信息

    Table  2.   Initial value information of state

    参数 期望值X 初始摄动值δx
    位置/m 5×rand(-1, 1), rand(-1, 1)表示(-1, 1)区间的随机数
    速度/
    (m·s-1)
    [0 0 0] 0.01×rand(-1, 1)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-18
  • 录用日期:  2018-07-05
  • 网络出版日期:  2019-02-20

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