基于SDRE方法的卫星编队队形保持与重构

摘要

卫星编队飞行技术是空间技术的一个重要发展方向,编队保持就是在轨道摄动下精确保持编队几何形状,编队重构就是把一颗卫星从目前的编队转移到一个新的期望的编队中。快速、节省燃料的高性能控制在卫星编队飞行中是关键技术指标。本文以主从模式编队飞行卫星为研究对象,提出将状态相关黎卡提方程(State Dependent Riccati Equation,SDRE)方法应用在卫星编队的队形保持和重构控制器设计中。
　　首先,建立卫星编队飞行相对运动动力学模型。基于二体假设,建立星间相对运动动力学模型,为了实现SDRE控制器设计,利用负二项级数把该非线性模型转换为特定的状态相关系数(State-dependent coefficients,SDC)的伪线性模型。
　　其次,在SDC伪线性模型的基础上设计了SDRE队形保持控制器。SDRE方法是基于非线性模型,模型更准确,而且权值矩阵()Qx和()Rx是状态x的函数,选取更为灵活。本文将其与基于线性模型设计传统的LQR队形保持控制器进行对比,将两种控制器分别代入非线性动力学模型中。仿真表明SDRE控制在过渡过程时间和燃料消耗方面较传统LQR控制有所提高。
　　最后,把编队重构看作大距离的队形保持,研究设计SDRE编队重构控制器。与传统LQR编队重构控制器比较,仿真结果表明SDRE方法同样优于LQR方法,而且与队形保持时相比,优势更明显。另外,还把编队重构问题看作跟踪问题,在LQR控制器基础上设计了模型参考输出跟踪控制器,虽然控制效果与SDRE控制器相当,但SDRE控制器基于非线性模型,更有实际意义。

目录

基于 SDRE 方法的卫星编队队形保持与重构

SATELLITE FORMATION STATION-KEEPING AND RECONFIGURATION VIA SDRE APPROACH

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题的研究目的和意义

1.2 卫星编队飞行研究现状

1.3 论文的主要研究内容及结构安排

第2章 卫星编队飞行模型建立

2.1 引言

2.2 坐标系的定义

2.3 卫星相对运动动力学模型的建立

2.4 圆形轨道 HILL 方程的建立

2.5 SDC 模型的建立

2.6 摄动因素分析

2.7 本章小结

第3章 编队队形保持与控制

3.1 引言

3.2 SDRE 控制方法的基本原理

3.3 SDRE 队形保持控制器设计

3.4 数学仿真与分析

3.5 本章小结

第4章 卫星编队队形重构

4.1 引言

4.2 SDRE 编队重构控制器设计

4.3 渐进跟踪控制器设计

4.4 数学仿真与分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢