基于sdre方法卫星编队队形保持及重构

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1、国内图书分类号：TP273国际图书分类号：681.52学校代码：10213密级：公开工学硕士学位论文基于SDRE方法的卫星编队队形保持与重构硕士研究生：解同鹏导师：张卯瑞教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制理论与制导技术研究中心答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C.:681.52DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSATELLITEFORMATIONSTATION-KEEPINGANDRE

2、CONFIGURATIONVIASDREAPPROACHCandidate:Supervisor:AcademicDegreeAppliedfor:Speciality:Affiliation:DateofDefence:Degree-Conferring-Institution:XieTongpengProf.ZhangMaoruiMasterofEngineeringControlScienceandEngineeringCenterforControlTheoryandGuidanceTechnologyJuly,2012

3、HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文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(StateDependentRiccatiEquation,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

4、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-dependentcoefficients,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Q(x)和R(x)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

5、，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。关键词：状态相关黎卡提方程；队形保持控制；编队重构；线性二次调节器-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSatelliteformationflying(SFF)isanimpor

6、tanttechnologyforfuturespacemission.Formation-keepingisthetechniquethataccuratelymaintainstheformationgeometryaccuratelyunderorbitalperturbations.Formationreconfigurationisperformedtocontrolasatellitefromacurrentformationtoanewlydesiredformation.Theexcellentcontrolper

7、formanceoftimeandfuelsavingisthekeytechnicalindexinsatelliteformation.Inthisthesis,regardingthemaster-slavemodeofformationflyingsatellitesastheresearchobject,theStateDependentRiccatiEquationapproachisappliedinthecontrolsystemdesignofsatelliteformation-keepingandformat

8、ionreconfiguration.Firstly,arelativemotiondynamicmodelofSFFisproposed.Basedontheassumptionoftwo-bodymotion,thedynamicmodelof