一种基于信息一致性的卫星编队协同控制策略

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1、第31卷2010笠第5期5月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICAS1NICAV01．31No．5May2010文章编号：1000一6893(2010)05—1004一lO一种基于信息一致性的卫星编队协同控制策略张博，罗建军，袁建平(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)ASatelliteFormationCooperativeControlStrategyBasedonInformationConsensusZhangBo，LuoJianjun，YuanJianping(SchoolofAstronautics，Northwes

2、ternPolyteehnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：提出一种基于信息一致性的分布式协同控制策略，实现了卫星编队的构型建立、保持与整体机动。首先根据编队各星的初始相对状态，应用一阶一致性算法，协商估计出编队整体系统基准参考点的相对状态；再根据编队整体系统模型预测方程，以凸优化方法规划出期望重构机动路径；之后设计了基于二阶一致性算法的反馈协同控制律，使各星彼此协同地跟踪期望路径与构型、整体机动参考信息，并证明了系统的稳定性。仿真结果表明：只要在基准参考点一致性估计过程中信息拓扑图中存在最大生成树，该策略就能实现卫星编队的协同

3、机动；反馈协同控制律能有效消除相对初始状态误差与地球非球形摄动．，z项引起的各星状态偏离，并具有较好的容错性；与传统方法相比，本文方法在燃料消耗总量与均衡性方面均有所改善，且在构型快速建立或重构时，燃料消耗总量方面优势较为明显。关键词：卫星；编队构型；编队整体机动；路径规划；协同控制；一致性算法；信息拓扑中图分类号：V448．2文献标识码：AAbstract：Thisarticleproposesafeasiblecooperativecontrolframeworkandstrategybasedoninformationcon-sensusfortheconfi

4、gurationinitialization，maintenanceandentire-formationmaneuverofsatelliteformations．First，areferencepointofthetotalformationsystemisestimatedusingthefirstorderconsensusalgorithmac-cordingtOtheinitialstateofeachsatellite．Second，byemployingtheconvexoptimizationtechnique，thede-siredreconfi

5、gurationpathsareobtainedbaseduponthemodelpredictivefunctionoftheentire-formationsys—tem．Finally，acooperativecontrollawisdesignedbasedonthesecondorderconsensusalgorithmwhichin-duceseachsatellitetOtrackcoordinatelythedesiredpathandreferenceinformationoftheentire-formationma—neuver．Inaddi

6、tion，systemstabilizationisanalyzedandrealized．Simulationresultsdemonstratethatthecon—trolstrategycanimplementthementionedformationmaneuveriftheformationinformationtopologycontainsarooteddirectedspanningtreeduringthereferencepointconsensusestimation；theneachsatellitetrajectoryde—viation

7、，causedbyinitialerrorsandJ2gravitationalperturbation，canbeeliminatedeffectivelybythefeedbackcooperativecontrollaw，whichdemonstratesthefinefault—tolerantpropertiesofthecontrolstrategy．Atom-pariaonofthestrategywiththetraditionalmethodshowspreliminarilythattheproposedentire-formationsys