低轨编队卫星构形保持的模糊PID控制

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1、第27卷第4期计算机仿真2010年4月文章编号：1006-9348(2010)04一00“一06低轨编队卫星构形保持的模糊PID控制李伟，赵黎平(中国科学院光电研究院，北京100080)摘要：近地轨道上的编队卫星，大气摄动和J2项摄动是影响编队构形的主要因素，编队会造成卫星编队构形产生沿航迹方向漂移，导致队形发散，面质比差直接决定-『漂移的方向和速度。因此可以通过调整面质比差消除漂移。可以相对队形绕飞中心的漂移距离为输入量，以卫星面质比差为控制量。用模糊控制和PID控制相结合设计控制器消除编队构形的航迹引起的漂移。实现PID参数的自寻优模糊控制。仿真利用MATLAB链

2、接STK实现模糊PID控制的仿真，结果表明，对于两颗卫星构成的构形长半轴为10km的共面绕飞椭圆，相对构形沿航迹漂移距离能够控制在40m之内，实现了设计要求。关键词：大气阻力；模糊控制；卫星编队中图分类号：V448．22+3文献标识码：AFuzzyPIDControlAppliedtoSatellitesFormationConfigurationMaintenanceinLowEarthOrbitLIWei，ZHAOLi—ping(AcademyofOpto—Electronics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100080，Chi

3、na)ABSTRACT：FormationflyingsatellitesinLEOorbit[1iemainlyinfluencedbyJ2perturbationandatmosphericdragperturbation．whichresultsinIn—trackdriftofsatelliteformationConfiguration．Thedifferenceofthearea—to—massratiosdirectlyinfluencesthedrift’sdirectionandvelocit)r，80In—trackdriftcanbecontro

4、lledbytheadjustmentofthearea—massratio．Takingthedriftdistanceoftheformationcenter船tlleinputanddifferenceofarea—inagsratio酗thecontrolvariable．aself—adaptivePIDcontrollerbasedonfuzzycontrolwasdesigned．Amethodfirin-tegyatingMATLABwithSTKusingSTK／Connectmoduleisappliedforsimulation．Presente

5、dwitlldetailedsimulationresults．thedriftdistanceoftheformationcentercallbecontroHedwithin40m．KEYWORDS：Atmosphered弼；FuzzyPIDcontrol；Formationsatellitesl引言卫星编队飞行是近年来国际航天动力学与控制领域兴起的研究热点之一，在电子侦察、导航定位、气象观测、移动通讯等方面具有单颗卫星无法比拟的优势。为了较好地实现卫星编队的功能，组成编队的分布式卫星必须密切配合、协同工作。因此，卫星编队的队形保持和控制是实现编队飞行的关键技术之

6、一。对于近地轨道上的编队卫星，大气摄动和J2项摄动是影响编队构形的主要因素，文献[1]指出，当主星和伴星偏心率之差很小时，J2项摄动对相对构形的影响以沿主星航迹向的漂移为主。当参考轨道高度低于500kin时，大气摄动是影响队形漂移的主要因素，由于相对平均半长轴和相对偏心率收稿日期：2009-01—15修回日期：2009—02～22发生长期偏移，导致相对平均平近地点角的变化，最后导致编队相对轨道沿主星航迹向漂移。文献[3]研究了大气摄动影响下构形的发散情况，并提出了补偿大气摄动影响的长半轴修正方法。文献[4]中采用Mamdan模糊推理算法设计控制器，调整编队卫星面质比差

7、，对相对队形沿航迹方向的漂移进行了有效地控制。本文将模糊控制理论与PID算法相结合，研究利用大气阻力差的被动式轨道控制方法，该方法将J2摄动视为扰动，通过改变伴星面质比，调整编队卫星的面质比差，实现对低轨编队卫星航迹向漂移的控制。2系统描述2．I大气摄动影响下的编队构形漂移考虑近地轨道上由两颗卫星组成的编队，其中作为相对运动参照基准的卫星称为主星，另一个称为伴星。基于CW—ll—方程"1描述的编队构形，编队飞行卫星相对运动轨迹在参考星轨道面内的投影为长、短轴之比2：1的椭圆，垂直参考星轨道面的运动则为与轨道面内运动不耦合的振动。卫星在大气摄动下只有平