网络化非线性系统的协调控制及其在分布式可重构航天器中的应用

This project focuses on the coordinated control of networked nonlinear systems and its applications on cluster spacecraft. The neighbor-based coordinated control algorithm is designed for networked nonlinear systems. The proposed algorithm is shown to drive the states of the followers to converge to those of the leader. The distributed observer and distributed controller are constructed for the case of networked nonlinear systems without using generalized coordinate derivatives. The problem is solved by using only local generalized coordinates and the global stability conditions on the control parameters and communication topology are derived. Then, the theoretical results of networked nonlinear systems are applied to the coordination control problem of cluster spacecraft. By making every effort, we expect to obtain distributed, stable and robust results on the coordinated control of networked nonlinear systems.

本项目开展网络化非线性系统的协调控制及其在分布式可重构航天器中的应用研究。对于网络化非线性系统，设计基于邻居智能体状态的协调控制算法，保证其在复杂环境下对时变外部参考信号的无误差跟踪。对于无广义坐标微分信息的网络化非线性系统的协调控制问题，通过设计有效的分布式观测器和分布式控制器，仅用局部的广义坐标信息，设计网络化非线性系统的协调控制算法，讨论系统达到全局稳定的控制参数条件和通信拓扑条件。在此基础上，将网络化非线性系统的理论分析结果应用到分布式可重构航天器协调控制的研究当中。经过本项目的研究，预期获取适用于网络化非线性系统的具有分布式、稳定性、鲁棒性、抗干扰的协调控制结果。

经过课题组成员的努力，本项目出色完成了研究计划所列之内容，在网络化非线性系统的协调控制及其在分布式可重构航天器中的应用领域取得了一系列的重要进展。首先讨论了离散时间二阶多智能体系统带输入饱和限制的周期行为问题，然后给出了基于近似映射的二阶多智能体系统的协同目标聚集算法。对于网络化非线性系统，设计基于邻居智能体状态的协调控制算法，保证其在复杂环境下对时变外部参考信号的无误差跟踪。在此基础上，将网络化非线性系统的理论分析结果应用到分布式可重构航天器协调控制的研究当中。研究了多欠驱动航天器系统的姿态协调控制，证明了所有航天器的对称轴最终都对齐。研究了欠驱动航天器在参数不确定条件下的自适应无碰撞编队控制策略，通过实例仿真验证了所提出的理论结果。经过本项目的研究，获取了适用于网络化非线性系统的具有分布式、稳定性、鲁棒性、抗干扰的协调控制结果。