噪声环境中多智能体系统的协同控制及其在卫星编队飞行中的应用

This project aims at the coordination control of multi-agent systems in noisy environment. Firstly, the tracking and containment control of multi-agent systems with leader/leaders and noise will be studied. Some control protocols will be proposed and proven to be effective. Moreover, under the protocol the convergence rate of the control error will be analyzed. Secondly, this project will study the formation control and attitude synchronization of satellite formation flying problem. Due to the electromagnetic interference, measuring errors and other uncertainty factors, noise is unavoidable in the formation control. Based on the theory studies, the formation control and attitude synchronization control methods of distributed satellite system will be proposed. Finally, in order to verify the effectiveness and reliability of the proposed methods, a simulation platform for satellite formation flying will be constructed.

本项目关注噪声环境中多智能体系统的协同控制问题。首先，本项目研究具有动态领航者的线性多智能体系统，在噪声环境中的跟踪控制和包含控制，给出控制协议并证明协议的有效性。在给出的控制协议下，分析多智能体系统控制误差的收敛速度。然后，本项目将进一步研究分布式卫星系统的编队飞行控制，具体包括相对位置编队和姿态同步两个控制问题。由于电磁干扰、测量误差、量化误差等因素的存在，在编队控制中噪声难以避免。基于理论研究结果，本项目将给出给出分布式卫星系统编队飞行和姿态同步的协同控制方法。其中对于姿态同步问题，本项目首先将其转换为一个欧拉-拉格朗日多智能体系统的协同控制问题，结合本项目理论结果和自适应控制理论，设计一种分布式自适应跟姿态同步控制器。最后，为了验证方法的有效性和可靠性，本项目将搭建一个卫星编队飞行控制仿真验证平台。

本项目关注噪声环境中多智能体系统的协同控制及其在卫星编队飞行控制中的应用，在协同控制理论、卫星编队飞行理论、仿真验证技术三方面开展研究。.一．在噪声环境中多智能体系统的协同控制方面开展三项研究：.1）具有动态领航者的多智能体系统协同最小二乘状态估计方法研究：给出了递归状态估计器的设计方法，证明了方法的有效性。.2）变权重最小二乘状态估计方法研究：通过权重的动态设计，加快了估计器的收敛速度。.3）具有动态领航者的多智能体系统协同跟踪控/包含制方法：将本项目提出的领航者状态估计器和经典多智能体协同控制方法相结合，得到了在早上环境中跟踪上动态领航者的协同控制协议。.二．在卫星编队飞行控制方面，在下面三个方面开展研究：.1）单航天器控制方法研究：给出了复杂航天的动力学模型，逆运动学求解方法和递归自适应控制器设计方法；.2）非合作航天器位姿和运动状态估计方法：研究了没有先验知识的条件下，通过点云重建，完成对目标航天器运动状态估计的方法。.3）多航天器的协同控制：将当航天器控制器结合多智能体协同控制方法，给出多航天器协同控制方法。.三．在仿真验证方面，本项目搭建单航天器的可视化数学仿真平台和多航天器编队飞行可视化数学仿真平台。在此平台上进行了单航天器控制和多航天器编队控制仿真验证试验，验证了控制策略的有效性。此外，本项目也研究了双航天器编队飞行仿真技术，在9自由度仿真平台上进行了半物理仿真试验，验证了控制算法和状态估计方法的有效性。