库仑力卫星编队动力学及控制策略研究

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针对库仑力编队飞行系统的研究,本文重点开展了两自旋卫星的非线性反馈控制、基于电荷控制带电卫星防碰撞路径设计和用于三卫星共线固定构形平衡的非线性电荷控制问题的研究。主要工作如下:论文设计完成了一个在库仑力作用下两自旋卫星构形系统在轨运行的控制方案。在确立了两自旋卫星的构形后,建立了两卫星相对距离的动力学方程。并对前馈控制进行了讨论,进而设计引入了全状态反馈控制律,并证明是渐进稳定的。部分状态反馈控制律也可以证明是稳定的。引入一个积分反馈表达式用来补偿前馈中电荷乘积的误差。最后通过数学仿真证明控制器是能够达到要求的。论文设计了一个沿小范围内分三段常数利用电荷控制的对称轨道运行的卫星防碰撞控制方案。为了保证对称轨道达到防碰撞要求,需要有五个约束条件和五个独立变量。本文以中间段为圆弧轨道时的特殊对称轨道为例进行了讨论。论文研究了三卫星编队时共线平衡的电荷反馈控制问题。给出了轨道中电荷保持平衡的、共线形式的卫星飞行方式,提出了按期望形状和距离进行编队飞行的非线性电荷反馈控制算法。这是一种基于李雅普诺夫理论的非线性控制算法,只将卫星电荷作为控制变量来保证编队构形的稳定,以此来维持状态平衡。采用一维零空间来求解实际电荷。通过数值仿真验证了新提出的电荷反馈控制律的性能。与之前的研究方法对比,即使出现较大的初始误差,共线构形依然能够保持稳定。
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