编队飞行卫星相对姿态变结构分布式协同控制

以编队卫星激光通信为背景,在已知主从星之间的相对位置和姿态的情况下,提出了一种卫星编队完全分布式协同控制策略,设计了一种分布式相对姿态变结构协同控制律,并利用Lyapunov稳定性原理证明了该控制律能够保证编队的全局渐进稳定。仿真结果表明,在编队卫星受到各种干扰力矩影响时,该方法能够有效提高编队卫星相对姿态控制精度,从而实现编队卫星之间的姿态协同,证明了所设计控制器的有效性。     

多无人机协同编队飞行控制研究现状及发展

无人机在军事和民用应用上越来越广泛,为使无人机能够更好地发挥作用,需要采用多无人机编队飞行控制来实现协同侦察、作战、防御及喷洒农药等任务.多无人机协同编队控制技术主要包括信息感知技术、数据融合技术、任务分配技术、航迹规划技术、编队控制技术、通信组网技术和虚拟/实物验证实验平台技术等.首先对国内外多无人机编队相关技术的现状和进展进行综述,然后重点对多无人机编队控制方法进行分析,并对队形设计、队形调整和队形重构等问题进行归纳总结,最后对多无人机协同编队所面临的机遇和挑战进行了展望.结果表明:目前多无人机编队飞行理论方面取得了丰硕成果,但是实物飞行试验仅能实现简单通信环境下的协同编队飞行,任务分配和航迹规划实时性不高,控制方法应对突发情况鲁棒性低,多机多传感器协同感知能力不足,欠缺对实体的仿真实现,未来的研究方向应是突破上述关键技术的不足,开展复杂感知约束和复杂通信环境下的多无人机协同编队飞行研究,提出更加有效的控制方法,并进行多无人机实物编队飞行试验,使无人机能够更好地完成既定任务.     

事件驱动的卫星编队姿态分布式协同控制

星间信息交互是卫星编队姿态协同控制的基础.为降低姿态协同控制对星间交互的信息量,满足资源和通信带宽受限等约束,在卫星编队Euler-Lagrange姿态动力学模型的框架内,提出了一种基于事件驱动的相对姿态分布式自适应控制算法.通过设计含有星间状态偏差、关联矩阵等的事件驱动函数,当该函数值满足条件时触发事件、更新数据,在非触发时间内利用触发时刻的信息设计控制算法,从而将卫星编队姿态一致性协同控制转化为事件驱动控制问题,有效降低了控制输入更新频次及星间信息交互量.基于Lyapunov理论证明了在事件驱动自适应控制器作用下,领航者—跟随者卫星编队系统是全局渐近稳定的.并证明了事件触发时间序列不会产生Zeno现象,即事件触发间隔时间存在下界.进行数值仿真验证事件驱动自适应控制算法的有效性,并将其与传统自适应控制算法相比较,仿真结果表明,所设计的控制算法在保证闭环系统控制性能的前提下,显著降低了控制输入更新频次和星间交互信息量,满足星上能量和星间通信能力等约束.     

航天器编队飞行自适应协同避碰控制

为解决航天器编队飞行系统中存在通信时延、参数不确定的跟踪问题,并实现避免碰撞的控制目标,基于编队航天器的相对运动非线性动力学模型和势函数方法,对航天器编队飞行系统的自适应协同避碰控制方法进行了研究. 首先,在全状态反馈控制的情况下,提出了一种对通信时延和参数不确定具有鲁棒性的自适应协同避碰控制律;其次,进一步考虑速度信息不可测量的情况,通过引入一种新型滤波器设计了无速度测量的自适应协同避碰控制律,使得编队航天器实现对期望轨迹的跟踪,同时能够保证航天器编队飞行系统中航天器在安全区域飞行,避免发生相互碰撞. 最后,针对全状态反馈和无速度测量反馈的情况分别分析了航天器编队飞行闭环系统的Lyapunov稳定性,显著增强了闭环系统对通信时延和参数不确定的鲁棒性.结果表明,所设计的两种自适应协同避碰控制律可以有效地保证编队飞行航天器对期望轨迹的跟踪,且系统可以实现避免碰撞的编队飞行任务.     

基于内力的卫星编队飞行动力学建模

基于内力的卫星编队飞行凭借良好的性能正日益受到重视,但由于该类编队的控制力对卫星间的相对位置和相对姿态均高度敏感,并且控制力和控制力矩之间存在耦合,给动力学建模带来了很大的挑战.首先,建立了六自由度的内力编队姿轨耦合动力学模型,该动力学模型利用了控制力和控制力矩的耦合效应,可以同时针对编队卫星的相对位置和相应姿态设计相应的控制律,从而实现编队的六自由度协同控制.最后,通过采用伪谱法求解编队构型的重构问题,对该动力学模型进行了验证.     

多航天器协同飞行动力学分解建模与控制

研究了一种基于动力学分解的多航天器协同飞行动力学建模与控制方法.设计了分解算法,将涉及复杂运动的多航天器协同飞行动力学分解为分别反映多航天器整体协同飞行的整体系统动力学和反映多个航天器之间相对运动的队形系统动力学,且这两个子系统的动力学模型与单个航天器的动力学模型具有类似的形式;分别控制这两个子系统即可实现多航天器的队形保持、重构以及整体的大范围转移.设计了整体系统和队形系统的跟踪控制律,并利用李亚普诺夫稳定理论证明了其稳定性.仿真检验了分解算法和控制方法的有效性和合理性.     

编队飞行稳定性及队形设计研究

微小卫星编队飞行中的队形设计好坏 ,直接影响到编队卫星用于队形保持消耗的能量 ;介绍了 2种常见的队形设计方法 :Hill设计方法和一般设计方法 ,分析了利用这 2种方法设计的构形的稳定性 ;提出了一种长半轴加修正的队形设计新方法。仿真表明 :利用长半轴加修正的队形设计新方法来设计编队构形 ,能够在地球J2 项摄动影响下自然地保持初始编队构形 ,是一种较好的编队构形设计方法 ,具有很好的参考应用价值     

基于混合神经网络编队协同空战决策支持系统

针对缺少先验知识的前提下,提出一种混合神经网络编队协同空战决策支持系统,同时采用一种无教师一有教师的混合训练算法来训练混合神经网络。仿真结果表明该系统的有效性。     

卫星编队飞行的相对姿态控制

使用基于李亚普诺夫的控制方法,研究了双星编队飞行系统的相对姿态控制问题.考虑角速度可测和角速度信息不可测量两种情况,进行了状态反馈和输出反馈的姿态控制算法的设计,并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性.最后对给出的算法进行了数值仿真.结果表明,所设计的控制算法实现了编队卫星之间的姿态协同控制,是可行的、有效的.     

基于分解策略的多机器人编队控制方法

根据多机器人在不确定环境中编队智能行进控制的要求,以多移动机器人为对象,提出了一种基于分解策略的多机器人编队控制方法,将复杂的多机器人编队问题分解为若干组2个机器人之间的协调问题.建立了多机器人编队的基本队形模型,提出了基于主从方式的多机器人控制策略,根据基于行为的方法设计了机器人的基本子行为,通过带权值的各子行为的叠加合成得到机器人的最终行为,给出了机器人的速度调节方案.计算机仿真结果验证了该方法的有效性和可行性,具有较好的可扩展性.     

多旋翼编队的分布式控制方法研究

目前在多旋翼编队中常用的是领航-跟随者的控制方法,但由于此方法中领航者与跟随者之间没有位置反馈,将导致编队误差与时间存在积分效应,因此可通过分布式控制方法引入位置反馈,进而实现多旋翼编队的稳定飞行.首先建立多旋翼编队模型并依据模型分析不同的编队控制方法;然后结合其优点,设计编队控制系统整体框架,提出一种基于相同坐标系的...     

编队飞行卫星相对轨道确定方法研究

针对2颗卫星编队飞行的情形,研究了星间位置测量量为相对距离、方位角和俯仰角时的卫星相对轨道自主确定方法。首先根据C-W-Hill(Clo-hessy-Wiltshire-Hill)方程得到卫星运动的状态方程;然后基于星间测量量确定观测方程,使用2种方法进行相对位置、相对速度参数的估计,实现对卫星相对轨道的确定;最后对这2种方法进行仿真,结果证明了它们的可行性。     

编队飞行卫星自主相对导航算法研究

提出一种基于类GPS敏感器星间相对距离测量的编队飞行卫星相对位置、速度和姿态自主确定算法.在编队飞行卫星之间无相对速度测量时,利用两点相对轨道状态测量信息,建立相对轨道和姿态运动方程以及星间相对测量方程,推导了编队飞行卫星相对导航UKF(Unscented Kalman Filter)算法,估计其相对轨道和姿态等导航信息.并进行了数学仿真,仿真结果表明,该算法简单可靠,能够满足高精度编队飞行卫星相对导航要求.     

网络分解定理的对偶形式

作者在本文中提出又一形式的网络分解定一，它一样能撕裂大型电网络，简化网络分析，且和此前作者本人提出的网络分解人有对偶的性质。     

分布式预测的无人机编队控制

针对四旋翼无人机编队形成与保持问题,文中设计了一种分布式预测控制方法,基于状态输入约束下的编队运动模型,将编队的形成与保持过程转化为在线滚动优化问题,设计了分布式交互控制律,给出了编队系统稳定的充分条件,并以文中算法和未引入假设状态轨迹代价函数的控制算法进行了仿真和对比。仿真结果表明：相较于传统算法,文中算法编队在队形保持方面将队形误差收敛速度提高1 s;在轨迹跟踪方面将位置误差收敛速度提高2 s;并且3个方向速度均能在2 s左右达成一致最终收敛至期望速度。证明了文中所设计控制算法的有效性。     

基于滑模变结构控制多机器人协同编队的研究综述

滑模变结构控制(SMC)因响应速度快、自适应性强以及工程实现简单等优点,对解决典型非线性的多机器人控制系统具备良好的效果.基于此,本文介绍了SMC的发展、原理以及在多机器人协同编队领域的应用.但同时,SMC本身还存在抖振等缺陷,从而限制了其应用.为进一步提升SMC的控制品质,获得更快的响应、对扰动更强的鲁棒性以及更好的稳态性能,本文深入研究了近些年神经网络、模糊逻辑、鲁棒自适应等先进智能控制方法与SMC结合的工作,并对这些新型编队控制策略进行了对比分析.最后展望了该领域未来的研究方向.     

基于最小二乘的编队飞行卫星相对轨道确定

针对2颗星编队飞行的情况,描述了卫星近距离运动的Hill方程,利用星上激光仪器设定了星间测量位置矢量进而确定观测方程,设计了最小二乘滤波器来实现相对轨道的确定.结合空间圆编队构形进行了分析和仿真,结果表明最小二乘估计能够有效提高相对位置确定精度,并给出相对速度的高精度估计.     

多移动机器人的协同编队控制

为了解决多移动机器人的协同编队控制问题,提出了一种基于运动学模型的编队控制方法。该方法在领航-跟随编队控制结构的基础上引入虚拟机器人,在全局坐标系下建立跟随机器人与虚拟机器人的误差方程,将编队问题转化为跟随机器人对虚拟机器人的轨迹跟踪问题,在此基础上设计编队控制器,并证明了在该编队控制器作用下跟踪误差能够收敛到原点的小邻域内。仿真与实验结果表明:编队系统稳定运行,即当t→∞时,位姿误差(x_e,y_e,θ_e)将收敛到原点的邻域内,速度趋近一常值。     

基于多机器人编队控制的大件物品协同搬运

针对多移动机器人的协同搬运控制问题,基于领航-跟随者策略设计多移动机器人编队控制器。利用编队参数和领航者位置信息将编队控制转换为跟随者对虚拟机器人轨迹跟踪,实现编队的队形控制;利用反演法设计运动控制器,实现移动机器人轨迹跟踪控制;利用Lyapunov函数分析闭环系统的稳定性。仿真结果表明,编队中的移动机器人能够快速形成和保持给定的编队队形,并沿期望轨迹移动,实现了大件物品的协同搬运。