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多航天器系统分布式预定时间姿态协同控制

机械科学与技术 2025年第1期44卷 157-168页

作者：梅宏龚京民马小陆谭毅波南京航空航天大学航天学院南京211106 安徽工业大学电气与信息工程学院安徽马鞍山243032

针对受外部干扰和输入饱和的无向拓扑多航天器系统的姿态协同控制问题,提出了一种基于预定时间的分布式姿态协同跟踪算法。首先,设计了一种分布式预定时间滑模观测器,分别用于每个跟随航天器在预定时间内对领导者姿态和角速度信息的估... 详细信息

针对受外部干扰和输入饱和的无向拓扑多航天器系统的姿态协同控制问题,提出了一种基于预定时间的分布式姿态协同跟踪算法。首先,设计了一种分布式预定时间滑模观测器,分别用于每个跟随航天器在预定时间内对领导者姿态和角速度信息的估计。其次,利用分布式观测器和滑模技术,提出了一种考虑执行机构饱和的分布式预定时间姿态协同跟踪控制器。所提出的控制方案是非奇异的,能够实现在约束条件下的多航天器的全局预定时间姿态协同跟踪控制。然后,利用李亚普诺夫稳定性理论对该系统进行了稳定性分析。最后,仿真结果验证了所提控制方案的有效性,且具有较快的收敛速度和较高的控制精度。

关键词：航天器编队姿态协同控制终端滑模控制预定时间控制分布式协同控制

考虑构网-跟网型单元协同的孤岛交直流混合微电网群分布式控制策略

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供用电 2025年第03期 46-57页

作者：潘荣才岳菁鹏张席金昱梁晓兵周杰广东电网有限责任公司电力科学研究院天津大学

针对孤岛交直流混合微电网群中，构网型与跟网型单元协调不足导致的交流频率偏差、功率分配不合理问题，提出一种考虑构网-跟网型单元协同的孤岛交直流混合微电网群分布式控制策略。首先，给出一种孤岛交直流混合微电网群拓扑。其次，... 详细信息

针对孤岛交直流混合微电网群中，构网型与跟网型单元协调不足导致的交流频率偏差、功率分配不合理问题，提出一种考虑构网-跟网型单元协同的孤岛交直流混合微电网群分布式控制策略。首先，给出一种孤岛交直流混合微电网群拓扑。其次，基于系统的物理特性，构建分层分布式控制框架。再次，提出一种孤岛交直流混合微电网群分布式控制策略，在微电网控制层级，通过稀疏通信网络，将构网/跟网型单元、平衡/功率单元的功率信息引入基于一致性算法的二次控制项，保证微电网内多类型电源间功率的精准分配。在微电网群控制层级，通过微电网本地负荷与网间互联变换器传输功率，间接得到微电网电源总输出功率信息，并将其引入互联变换器的控制结构，保证各微电网功率的精准分配。最后，基于所建交直流混合微电网群模型在多种工况下的仿真结果，验证了所提控制策略的有效性、优越性与鲁棒性。

关键词：交直流混合微电网群分布式协同控制构网型单元跟网型单元一致性框架

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多星分布式姿轨一体化协同控制

多星分布式姿轨一体化协同控制

作者：宋宵含哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着航天技术的不断发展,单一航天器无法满足复杂的任务需求,因此航天任务载体逐渐向多航天器发展,分布式编队系统应运而生。同时,在编队飞行任务中,为了保证在进行同步姿态协同和队形保持时的任务精度,就必须考虑姿态和轨道的相互影响... 详细信息

随着航天技术的不断发展,单一航天器无法满足复杂的任务需求,因此航天任务载体逐渐向多航天器发展,分布式编队系统应运而生。同时,在编队飞行任务中,为了保证在进行同步姿态协同和队形保持时的任务精度,就必须考虑姿态和轨道的相互影响,因此本论文研究了分布式多星姿轨一体化的协同控制问题,主要包含以下内容。首先,分析了航天器相对运动的位姿建模问题,根据对偶四元数等基本的数学理论,建立了多星姿轨一体化的相对运动学和动力学模型。将代数图论、滑模控制理论与对偶四元数相结合,根据多星相对运动模型,提出了有限时间分布式多星姿轨一体化跟踪协同控制。然后验证了控制器证明了其可行性。当所有从航天器都与主航天器存在信息交流时会给通信系统带来很大的负担,针对这种情况设部分航天器与主航天器之间没有直接的信息交互,因此,设计固定时间的状态估计器对主航天器状态进行估计。进而设计滑模控制器,对卫星编队进行姿轨一体化协同控制。基于Lyapunov稳定理论证明估计器能够使估计误差在一个固定的时间收敛到零,并证明了控制器的稳定性。最后验证了控制器证明了其可行性。针对有限时间控制收敛时间受初始状态影响这一问题,提出多星姿轨耦合固定时间协同控制器。这个控制器是面向有向通信拓扑图建立的。进一步的,当存在外界干扰上界未知的情况时,设计自适应控制律。应用Lyapunov函数对控制器进行稳定性证明。最后验证了控制器证明了其可行性。

关键词：姿轨一体化分布式协同控制固定时间估计器固定时间协同控制自适应控制

空间太阳能电站分布式电推进系统协同控制研究

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空间太阳能电站分布式电推进系统协同控制研究

作者：李迪沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

随着人民生活质量逐渐提高,能源需求的缺口逐年递增。而不可再生能源总量有限,未来必定枯竭。因此,急需寻找总量充足且使用过程干净环保的新型能源。空间太阳能电站(Space Solar Power Station,SSPS)作为一种清洁能源收集装置,其应用前... 详细信息

随着人民生活质量逐渐提高,能源需求的缺口逐年递增。而不可再生能源总量有限,未来必定枯竭。因此,急需寻找总量充足且使用过程干净环保的新型能源。空间太阳能电站(Space Solar Power Station,SSPS)作为一种清洁能源收集装置,其应用前景广阔。本文以SSPS为研究应用平台,主要研究适用于SSPS的空间电推进系统,设计参数满足其需求并通过仿真实验,设计分布式电推进系统协同控制算法以提高SSPS姿态精度、降低发电成本、延长在轨寿命,以带来更多经济效益。主要研究内容如下:首先,讨论了空间太阳能电站的研究目的和意义、工作原理,并提出将空间电推进应用于SSPS,然后针对多台电推进引入分布式协同控制概念,最后调研和分析了国内外电推进方案研究进展。基于空间电推进基本原理描述了霍尔推进器的基本工作原理、效率模型和SSPS特点,优选嵌套式霍尔推进器方案并给出选择该方案的理由。其次,论文以双通道嵌套式霍尔电推进为目标,设计出一个额定推力为2N的霍尔推力器,并对其各项性能参数如阳极比冲、放电电压、阳极质量流率等进行设计计算,设计出具体结构尺寸及合适的磁场构型。再次,论文使用一维混合DK模拟法对霍尔电推进展开仿真,推导动力学模型给出边界条件,分析霍尔电推进等离子体参数和电荷碰撞影响,并通过对比仿真结果分析验证了DK模拟的有效性。最后,论文提出了一种基于滑模控制的容错控制方法应用于分布式电推进系统协同控制,设计了基于观测器状态的滑模容错控制器,并应用预测控制理论抑制随机时滞对分布式电推进协同控制系统稳定性的影响,经仿真证明该方法对输出扰动不敏感,更适用于长期在轨运行的电推进故障情况。

关键词：空间太阳能电站嵌套式霍尔推进器参数设计等离子体仿真分布式协同控制

基于事件触发机制的空间机器人集群分布式固定时间鲁棒协同控制

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基于事件触发机制的空间机器人集群分布式固定时间鲁棒协同控制

重载组合列车的分布式鲁棒H_∞协同控制方法

第七届多体系统动力学青年学者学术研讨会

作者：雷荣华陈力付晓东

近年来,随着太空探索步伐的不断加快,以大型空间站和太空望远镜为代表的大型空间设施在轨集群建造任务获得了相关学者日益广泛的关注与研究。此类任务的设计与实施,促进了空间机器人在轨集群操控技术的蓬勃发展。然而,受任务需求、操作... 详细信息

近年来,随着太空探索步伐的不断加快,以大型空间站和太空望远镜为代表的大型空间设施在轨集群建造任务获得了相关学者日益广泛的关注与研究。此类任务的设计与实施,促进了空间机器人在轨集群操控技术的蓬勃发展。然而,受任务需求、操作时间、机载通信能力和计算能力等诸多因素限制,空间机器人集群高性能协同编队控制方法设计极具挑战。针对有向通信拓扑下存在外部扰动的空间机器人集群,本文提出了一种基于事件触发机制的分布式固定时间输出反馈鲁棒协同控制方法。首先,对于只有部分跟随者空间机器人可以获得领航者空间机器人角位移与角速度等状态信息的问题,设计了一个基于积分滑模的固定时间状态观测器来重构领航者空间机器人的状态信息。其次,对于空间机器人难以测量自身角速度信息的情况,设计了一个固定时间滑模角速度识别器,实现对空间机器人角速度信息的固定时间估计。然后,结合固定时间状态观测器和固定时间滑模角速度识别器,设计一种基于事件触发机制的分布式固定时间输出反馈鲁棒协同控制器,显著减小了控制器到执行器间的通信频次。结合代数图论和Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的全局固定时间收敛性与鲁棒性,通过数值仿真验证所提出的鲁棒协同控制策略的有效性和优越性。所提控制方法可丰富和发展空间机器人集群协同控制基础理论,且对于开发具有自主知识产权的空间机器人集群高性能服役关键技术具有重要的现实意义。

关键词：空间机器人事件触发固定时间控制分布式协同控制

来源： cnki会议评论

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自动化仪表 2016年第1期37卷 26-29页

作者：宁雅丽王亮军李国宁刘雨佳甘肃广播电视大学理工学院甘肃兰州730030 兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070 济南铁路局山东济南266000

针对重载组合列车在复杂地形路况存在通信延迟、通信短时中断以及扰动的问题,提出了一种重载组合列车多机车间的分布式鲁棒协同控制器。在重载组合列车纵向动力学模型的基础上,结合其实际运行特点,设计了协同控制器。该控制器在满足各... 详细信息

针对重载组合列车在复杂地形路况存在通信延迟、通信短时中断以及扰动的问题,提出了一种重载组合列车多机车间的分布式鲁棒协同控制器。在重载组合列车纵向动力学模型的基础上,结合其实际运行特点,设计了协同控制器。该控制器在满足各子系统期望性能指标的同时,可使所有子系统准确地跟踪期望运行速度。仿真实例表明了所设计控制器的稳定性和鲁棒性。

关键词：重载组合列车分布式协同控制鲁棒控制通信延迟纵向动力学模型

跨座式捷运车辆编组分布式固定时间协同巡航控制

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控制理论与应用 2023年第7期40卷 1296-1303页

作者：刘浩鸣刘朝涛杜子学邬浩鑫侯忠伟重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 重庆交通大学交通运输学院重庆400074

为解决跨座式捷运车辆编组协同巡航控制问题,本文提出了基于固定时间理论的跨座式捷运车辆编组分布式协同巡航控制方法.首先,文章建立了跨座式捷运车辆编组动力学模型,明确了编组队列的控制目标,构建了分布式固定时间协同巡航控制架构,... 详细信息

为解决跨座式捷运车辆编组协同巡航控制问题,本文提出了基于固定时间理论的跨座式捷运车辆编组分布式协同巡航控制方法.首先,文章建立了跨座式捷运车辆编组动力学模型,明确了编组队列的控制目标,构建了分布式固定时间协同巡航控制架构,提出了跨座式捷运车辆编组分布式固定时间协同巡航控制方法.然后,本文运用代数图论描述编组间的通讯拓扑关系,应用了分布式固定时间终端滑模估计器估计领航编组的位置和速度,设计了分布式固定时间滑模控制器,并基于Lyapunov稳定性理论证明了控制器的稳定性.最后,文章进行了加速–巡航常规工况仿真实验,验证了所提出控制方法的有效性.

关键词：城市轨道交通跨座式单轨编组队列分布式协同控制固定时间控制滑模控制

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多UAV集结任务的分布式协同与优化控制

电光与控制 2014年第8期21卷 24-32页

作者：贾方超姚佩阳陈洁钰王勃空军大连通信士官学校辽宁大连116600 空军工程大学信息与导航学院西安710077

基于一致性理论的多无人机分布式协同控制已广泛运用于无人机作战中,通过一致性控制算法实现状态一致完成协同需求。建立了集结问题的数学模型,基于协调变量和协调函数的分解策略进行求解。为实现协同控制的最优性,改进了平均一致性控... 详细信息

基于一致性理论的多无人机分布式协同控制已广泛运用于无人机作战中,通过一致性控制算法实现状态一致完成协同需求。建立了集结问题的数学模型,基于协调变量和协调函数的分解策略进行求解。为实现协同控制的最优性,改进了平均一致性控制算法,采用Hamilton-Jacobi-Bellman方程给出基本优化一致性控制算法。在控制算法中引入过去状态差值,提高控制算法的动态响应性和能量最优性;同时采用遗传算法优化代价函数的加权矩阵,进一步提高控制算法的动态响应性和能量最优性,缩短了任务执行时间。理论分析和仿真实验验证了方法的有效性和可行性。

关键词：多无人机系统分布式协同控制一致性理论动态规划

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多智能体分布式控制及其在协同镇定中的应用

多智能体分布式控制及其在协同镇定中的应用

作者：李民华中科技大学

学位级别：硕士

多智能体网络分布式协同控制是复杂网络研究的一项重要分支,是一门先进的交叉学科,它包含仿生学理论、控制理论、图论、社会学理论以及统计学论的基本知识,相关研究已经日臻成熟。目前,该课题的研究已经从追求理论的创新性演化为追求与... 详细信息

多智能体网络分布式协同控制是复杂网络研究的一项重要分支,是一门先进的交叉学科,它包含仿生学理论、控制理论、图论、社会学理论以及统计学论的基本知识,相关研究已经日臻成熟。目前,该课题的研究已经从追求理论的创新性演化为追求与实际控制场景相结合的控制算法设计,这正是本文主要关注的内容。首先,本文对多智能体网络脉冲一致性问题进行研究,给出一致性控制方案。基于这一结果,进一步地对脉冲包含控制问题进行研究。最后,将多智能体一致性控制的基本思想应用于分布式感知环境下的线性系统协同镇定问题的研究。基于脉冲控制算法的二阶多智能体网络一致性研究。虽然早期的工作已经对具有一阶积分器、二阶积分器以及简谐振子节点动力学的多智能体网络一致性问题进行了研究,但是其节点动力学比较简单,不足以描述实际系统的复杂性。所以,对节点动力学更为一般的二阶多智能体网络协同行为进行研究是十分必要的。假设节点由一类可控的一般二阶节点动力学描述,它们相互通信组成多智能体网络,本文借助矩阵理论、离散系统稳定性理论以及代数图论,对此类多智能体网络进行脉冲一致性研究,得到了一致性的充要条件。在此基础上,进一步推导出多智能体网络实现具有确定收敛速度脉冲一致性的相关结论。基于脉冲控制算法的二阶多智能体网络鲁棒包含控制研究。考虑到多智能体网络实际运行中可能出现的节点进入或退出网络的现象,且多智能体网络的实际动力学和理论动力学往往具有一定的偏差,这些因素都会给网络运行带来不确定性,甚至是控制失效。针对这些问题,首先研究一般二阶多智能体网络包含控制的充要条件。以此为基础,对网络拓扑不确定性下的控制参数进行鲁棒性设计。并引入广义匹配系统的概念,对具有模型不确定性的脉冲包含控制参数进行鲁棒性设计。分布式感知环境下的线性系统协同镇定研究。线性系统被一组传感器监测时,每个传感器的输出往往无法包含线性系统的全局状态信息。那么,如何借助这样的输出来重构线性系统状态并使线性系统镇定,已经成为了一项很有挑战性的问题。针对这一问题,基于全局状态能观性假设,借助一致性控制思想,采用分布式观测器对线性系统状态进行协同观测。在此基础上,以现场控制结构的便利性起见,灵活选定部分观测器的状态来设计线性系统状态反馈镇定控制算法,可以实现节省通信资源的目的。通过构建增广系统,将协同观测问题和线性系统镇定问题综合为增广系统的稳定性问题。借助李雅普诺夫方法,对增广系统进行稳定性设计,进而得到相关控制参数的设计方法。最后,对全文主要工作进行了梳理和总结,并对多智能体网络协同控制问题以及分布式观测的相关工作进行了展望。

关键词：多智能体网络分布式协同控制脉冲控制传感器网络分布式观测系统镇定