低轨卫星无拖曳控制系统的不确定建模与控制算法研究

为了探讨天文动力学、探测地球引力波，确定地球重力场，必须保证人造卫星精确地沿低轨道运行，即无拖曳航天。其中的无拖曳控制系统旨在通过推进器来对非保守力，即干扰（包括大气阻力、太阳辐射压力等），进行补偿，抵消卫星所受到的非保守力作用，从而保证人造卫星完全跟随引力轨道。.本项目研究具有单个保证质量的低轨卫星无拖曳控制系统的不确定建模和控制器设计。探究和分析卫星及其内外干扰、主要噪声及推进器的动力学特性，基于无拖曳系统的多参变量随动性，运用多维信号处理技术，提出面向控制的多维非线性动力学模型；运用不确定建模技术考察和分析动力学建模过程中的参数摄动、不确定动态等问题；与已有将耦合项作为噪声来进行解耦的处理方法不同，本项目拟采用关联控制的思路，建立基于耦合关联的一体化模型，设计基于有限时间观测器的分散自适应控制算法，从快速性、控制精度等方面提高无拖曳控制系统的性能；最后进行数字仿真平台的设计。

本项目研究了具有单个保证质量的低轨无拖曳卫星控制系统的不确定建模和控制器设计。探究和分析了卫星及其内外干扰、主要噪声及推进器的动力学特性；基于无拖曳系统的多参变量随动性，建立面向控制的非线性动力学模型；运用不确定建模技术考察和分析动力学建模过程中存在的参数摄动、不确定动态等问题；本项目采用关联控制的思路，建立了基于耦合关联的一体化模型，设计基于有限时间稳定的分散自适应控制算法，从快速性、控制精度等方面提高无拖曳控制系统的性能；此外，基于对无拖曳系统控制的高精度要求，考虑到故障的马尔科夫性，提出执行器故障下的自适应容错控制策略， 并建立了随机噪声和传送时延存在时， 控制系统的镇定问题。本项目还拓展研究了两类飞行系统的控制分析问题。本项目的研究成果主要是学术论文，当前已发表学术论文28篇，其中SCI收录14篇，国家核心期刊3篇，另已投稿论文3篇。