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基于动态事件驱动的航天器姿态控制

基于动态事件驱动的航天器姿态控制

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作者：谢弘毅哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

细胞卫星是一种可以自由分离组合、即插即用的标准化微小型卫星,细胞卫星具有大规模在轨构建、在轨服务和在轨维修的能力,因此一经提出就得到了广泛关注。细胞卫星的一个典型的应用场景是对大型失效航天器的姿态接管控制,使用大量细胞... 详细信息

细胞卫星是一种可以自由分离组合、即插即用的标准化微小型卫星,细胞卫星具有大规模在轨构建、在轨服务和在轨维修的能力,因此一经提出就得到了广泛关注。细胞卫星的一个典型的应用场景是对大型失效航天器的姿态接管控制,使用大量细胞卫星主动附着在失效航天器的表面,从而恢复对失效航天器进行姿轨控的能力,进而恢复失效航天器的全部功能。姿态接管控制中主要存在两个问题,其一是(局部)通信受限问题,其二是控制输入饱和问题。由于敏感器细胞星和控制器细胞星附着于失效航天器表面上的不同位置,在姿态接管控制中必须利用无线网络传输敏感器测量信息,因而存在严重的通信受限问题。另外,由于标准化细胞卫星体积极为有限,由多个执行机构细胞卫星构成的执行机构的输出力矩仍然很低,因此存在严重的执行机构力矩饱和问题。此外,为保证被接管航天器上仍能使用的有效载荷的正常工作,需要保证姿态控制系统的高精度。针对姿态接管控制中的(局部)通信受限问题,本文提出了一种动态事件驱动机制(DETM),并基于这种DETM设计了自适应神经网络控制系统,控制稳定性分析和Zeno行为分析以及数值仿真表明这套控制系统能在保证控制精度的前提下大幅度提高任意相邻两次事件驱动之间的最小时间间隔,有效解决了姿态接管控制中的(局部)通信受限问题。然后,在第一部分设计的基于DETM的自适应神经网络控制系统基础上,本文利用动态环增益函数方法设计了能有效避免控制输入饱和的控制系统,并在控制器中额外引入了一个自适应补偿项以确保控制精度,理论分析和数值仿真均表明这套控制系统能够在保证控制精度的前提下,同时有效解决姿态接管控制中的控制输入饱和问题和(局部)通信受限问题。最后,在第二部分设计的基于DETM和动态环增益函数的姿态接管控制系统的基础上,本文在控制器一侧引入了一个与真实航天器动力学系统相对应的估计状态动力学模型,并利用该模型所产生的估计状态设计了连续的控制器,利用这套控制系统可以在保证姿态接管控制的控制精度的前提下,极大限度地提升相邻两次事件驱动之间的(最小)时间间隔,完全消除敏感器和控制器之间的无线网络上出现通信受限的可能性,并有效避免执行机构力矩饱和。

关键词：细胞卫星动态事件驱动姿态接管控制局部通信受限输入饱和

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基于分布式观测器的异质多自主车辆协同控制算法研究

基于分布式观测器的异质多自主车辆协同控制算法研究

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作者：朱章谋广州大学

学位级别：硕士

多自主车辆协同作为智能交通系统的一个重要研究方向,通过车辆间的通信(Vehicle-to-Vehicle,V2V)在一定范围内获取周围车辆信息(如速度、位置),从而建立起高效协同的线性车队编队运行模式,其优势在于有效提高交通安全、增加高速公路容... 详细信息

多自主车辆协同作为智能交通系统的一个重要研究方向,通过车辆间的通信(Vehicle-to-Vehicle,V2V)在一定范围内获取周围车辆信息(如速度、位置),从而建立起高效协同的线性车队编队运行模式,其优势在于有效提高交通安全、增加高速公路容量、提高燃油经济性并减少碳排放。在编队方法中,领导-跟随者是一种被广泛采用的模式,其核心是由领导者牵引所有跟随车辆,而领导者可以是实际的车辆或者虚拟的设定轨迹。因此,获取领导者完整信息对车队协同控制至关重要。基于此,本文重点研究分布式观测器的设计方法,使得每个节点只需获取领导者部分输出信息,通过节点间信息交换实现对领导者状态信息的完整估计,并将其用于解决多自主车辆的输出调节问题。本文主要研究内容如下:1)研究了理想环境、乘性噪声环境以及马尔可夫随机切换拓扑下的分布式观测器设计方法。在被观测系统满足联合能观性假设的前提下,结合Lyapunov理论和It(?)公式,对分布式观测器相关参数进行理论分析,确定参数的范围。仿真结果显示利用分布式观测器可以准确估计被观测系统的完整状态信息。2)针对多自主车辆的输出调节问题,其中只有部分车辆能够获得外部系统部分输出信息,本文提出新的解决方案。每辆车结合分布式观测器,通过互相协作实现对外部系统信息的完整估计。随后,将估计到的信息用于车辆控制器设计中,提出相应控制策略,有效解决多自主车辆的输出调节问题。为了进一步减少通信次数节省资源,提出了动态事件驱动输出调节控制器设计方法。系统能够智能地调整通信频率,仅在必要时触发通信,保证系统性能的同时进一步降低通信触发次数。

关键词：车辆协同控制分布式观测器动态事件驱动输出调节问题

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