摘要：本文针对垂直起降飞行器集群编队飞行控制问题开展研究.集群中的飞行器具有异构性质,即它们具有不同的惯性参数,并且每个飞行器对其自身的惯性参数也并未确切已知.另外,飞行器间的信息交互是局部的,每个飞行器仅与其邻近飞行器进行信息交互.为解决上述问题,本文基于级联架构,设计了一种自适应分布式控制算法.首先,在位置回路中设计一个分布式指令控制力,实现集群编队目标;接着,从设计出的指令控制力中提取出控制推力和指令姿态;最后,在姿态回路中设计一个控制力矩,实现姿态对指令姿态的跟踪.此外,在指令控制力和控制力矩设计过程中,提出合适的自适应算法对飞行器惯性参数进行估计.通过使用李雅普诺夫理论分析可知,所提出的自适应分布式控制算法确保了垂直起降飞行器渐进稳定的集群编队飞行.仿真结果进一步验证了所提算法的有效性.

摘要：针对通信距离受限下无人机集群轨迹规划时效性与安全性问题,本文构建了分布式滚动规划框架,提出了局部优先级解耦的序列凸优化方法(local-priority-decoupled sequential convex programming,LPD-SCP),将集群轨迹规划问题分解为一系列短时域单机凸优化子问题,在保证求解效率的基础上确保了轨迹的安全性.本文推导了确保飞行安全的可行规划时域长度,设计了通信距离受限的局部优先级解耦机制,根据通信状态动态调整邻域内无人机规避优先级,实现通信距离受限下的机间避撞.更进一步,定制了轨迹时间一致协调策略,通过更新飞行时间下边界约束,实现邻域内无人机飞行时间一致性.理论分析了所提LPD-SCP能够通过多次滚动规划获得满足约束的集群轨迹.数值仿真试验结果表明:LPD-SCP能够在通信距离受限条件下规划出满足飞行动力学、机间避碰与时间一致约束的协同轨迹,且15架无人机短时域集结轨迹生成时间不大于4 s.

摘要：分布式遥感技术是目前空间探测技术发展的重要方向,其核心是研究由多个微纳航天器组成的分布式遥感集群的系统特性,并根据不同的应用模式进行编队的维持与重构。由于微纳航天器所携带的燃料有限,如何在自然编队的条件下保持系统在较长时间内的构形稳定是基于分布式微纳航天器的遥感技术亟待解决的重要问题。该文针对多模式分布式遥感任务想定和燃料最省、求解高效等目标,研究了异构集群自然编队构型设计。提出了一种参数直接求解的方法,可以在平面内绕飞模式、领航模式等典型模式下直接获取编队中各伴飞航天器的轨道参数。STK仿真结果表明：该方法精度较高,编队构型稳定,可以满足应急遥感任务要求。

摘要：针对偏置动量小卫星的自主飞行问题,提出一种基于不确定项观测器的滑模容错控制方法。应用欧拉-拉格朗日系统的干扰观测方法设计不确定项观测器,对动量轮输出力矩变小、磁力矩器线圈电阻漂移等执行器故障以及小卫星外部环境力矩等不确定项进行估计,理论推导证明该观测器的观测误差一致最终有界(UUB)。基于不确定项观测器的估计值,设计补偿控制项,并与滑模控制器的控制力矩合成实现姿态容错控制。从理论上证明该容错控制方法能够使小卫星姿态快速收敛至滑模面。该容错方法无需做小角度假设,对执行器运行状态信息依赖性低。仿真结果表明,本文建议的容错控制方法具备可行性,实现了对小卫星姿控系统中不确定项的观测估计和容错控制。

摘要：针对网络控制系统中的多目标协同控制问题,研究了一种有限时间的多领航者一致性算法。首先以线性的双积分器为研究模型,通过使用恰当的分布式滑模面,设计了一种有限时间控制器。在Lyapunov分析的基础上,证明了该算法能够控制多个跟随者收敛于多个领航者构成的状态凸包内。将该算法用于动力学模型为非线性的移动机器人的协同控制问题当中。数值仿真表明:该算法能够用于解决多静态目标和多动态目标的移动机器人协同控制问题,并且具有良好的干扰抑制能力和快速的收敛速度。

摘要：针对四元数姿态估计问题,提出了一种分布式非线性滤波融合结构。通过引入基于超球面分布采样点变换(SSUT)技术的无迹卡尔曼滤波算法(SSUKF),以较低的计算量实现了高数据更新率、高精度的非线性滤波,并通过融合重构,保障系统无间断可靠工作,不受敏感器故障、视场盲区等因素影响。应用该算法对陀螺、磁强计、太阳敏感器、星敏感器构成的系统进行了具体设计并开展仿真研究,验证了算法的有效性。

摘要：针对分布式遥感编队中的协同观测问题,本文开展了多星协同姿态控制研究。首先建立了参考航天器由对日定向到对目标凝视观测的期望姿态,设计了基于姿态、角速度偏差的比例-微分(PD)控制器,证明了闭环系统的李雅普诺夫稳定性。在此基础上,进一步建立了伴飞航天器的期望姿态,为使观测目标在参考航天器、伴飞航天器像平面上的成像位置匹配,以伴飞航天器、参考航天器的姿态之差为基础设计了伴飞航天器的PD控制器,证明了系统的稳定性。最后,对理论结果进行了仿真验证,结果显示伴飞航天器、参考航天器的相对姿态控制误差小于0.01°,精度满足分布式遥感多星协同观测的任务需求。

摘要：针对轻型星敏感器、微机电系统(MEMS)陀螺、太阳敏感器和磁强计构成的轻型化卫星姿态确定系统,设计了一种分布式非线性融合滤波结构,提出一种快速采样点姿态估计算法,仅需4个采样点,即可实现完整的姿态及陀螺漂移估计,精度不低于常规采样点滤波,而运算量显著降低,与扩展Kalman滤波(EKF)算法相当。综合考虑器件特点,采用方差插值,融合子滤波器的相关信息,实现异类传感器的优势互补,从而获得高精度、高实时性、持续稳健的姿态及速率估计。仿真结果验证了算法的有效性。