基于模型预测的卫星编队队形机动控制

吉林大学学报(工学版)

基于模型预测的卫星编队队形机动控制

吴宝林，曹喜滨

哈尔滨工业大学卫星技术研究所，哈尔滨 150080

收稿日期:2006-03-16 修回日期:2006-09-23 出版日期:2007-01-01 发布日期:2007-01-01
通讯作者: 曹喜滨

Satellite formation maneuver control using model predictive control

Wu Bao-lin,Cao Xin-bin

Research Center of Satellite Technology,Harbin Institute of Technology,Harbin 150080,China

Received:2006-03-16 Revised:2006-09-23 Online:2007-01-01 Published:2007-01-01
Contact: Cao Xin-bin

摘要/Abstract

摘要： 针对卫星编队队形机动控制推导了一种利用相对平均轨道根数为反馈量的模型预测控制算法。当面质比不同的主从卫星在近地轨道上编队飞行时，大气阻力摄动和J₂项摄动是影响编队队形的两个最主要的因素，故先推导了一组包含大气阻力摄动和J₂项摄动利用相对平均轨道根数描述的相对动力学方程，然后采用了一种新的基于模型预测的控制算法并讨论了该控制算法在编队飞行队形机动控制中的一些应用问题。该控制算法是一种在线滚动优化控制算法，即使存在各种较大的干扰力和模型的不确定性仍能取得良好的控制效果，且能够较好地解决存在状态约束、控制输入约束等各种约束控制问题。仿真结果表明，该控制算法接近于燃料最优，且能够在各种摄动下把队形机动控制在要求的精度范围内。

关键词: 飞行器控制、导航技术, 卫星编队, 队形机动, 模型预测控制, 相对轨道根数

Abstract: A satellite formation maneuver control using model predictive control method was presented. When satellites within a formation are of different geometry and mass, drag and J₂ become the most important perturbations affecting the satellite formation. The relative dynamics including the effects caused by the drag and J₂was developed using the relative mean orbit element. A new control method, model predictive control, was applied to the satellite formation maneuver control. This control is an online optimization and effective control method to deal with multivariable constrained control even that the control process exits different disturbances. Simulation results show that this control method is near fuel optimal and it can control the satellite formation to the desired formation within the error box.

Key words: control and navigation technology of aerocraft, satellite formation, formation maneuver, model predictive control, relative orbit element

中图分类号:

V412.41

吴宝林，曹喜滨 . 基于模型预测的卫星编队队形机动控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 218-223.

Wu Bao-lin,Cao Xin-bin . Satellite formation maneuver control using model predictive control[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 218-223.

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