本篇论文的主题是关于航天器编队飞行中的姿态约束控制问题,具体而言,是研究了在存在未知外部干扰的情况下,多个航天器之间的姿态同步控制问题,并提出了一种基于命令滤波反推(Command Filtered Backstepping, CFB)的分布式控制策略,以及一种自适应技术,以保证航天器编队中领导航天器与跟随航天器之间的姿态误差能够达到期望的邻域内,并且具有有限时间收敛性。文章中还提到了利用二阶滑模微分器在有限时间命令滤波反推(Finite-Time Command Filtered Backstepping, FTCFB)中的应用,这种微分器可以使控制命令的输出快速地逼近虚拟信号的导数,从而进一步提升控制质量。 文章的主要知识点包括: 1. 姿态约束控制(Attitude Containment Control):姿态约束控制是指在航天器编队飞行中,通过协调各航天器的姿态,确保航天器能够在一定的空间区域内保持编队队形。这对于大型分布式传感任务至关重要。 2. 自适应有限时间控制(Adaptive Finite-Time Control):自适应有限时间控制是一种控制算法,能够在有限的时间内对系统误差进行调整,使其达到期望的稳定状态。在航天器编队飞行中,面对不确定的外部干扰,自适应有限时间控制策略可以保证系统的快速响应和鲁棒性。 3. 命令滤波反推(Command Filtered Backstepping):命令滤波反推是一种控制设计方法,通过分层步骤逐步反推系统控制输入。文章中提出的有限时间命令滤波反推(FTCFB)策略,能够在保证控制性能的同时,简化控制输入的设计过程。 4. 分布式控制策略(Distributed Control Strategy):在航天器编队飞行任务中,分布式控制策略是指每个航天器根据局部信息与其他航天器进行协调控制,而不是依赖于中心控制指令。这种策略有助于提高系统的可扩展性与容错性。 5. 外部干扰(External Disturbances):在航天器编队飞行过程中,航天器可能会遇到各种外部干扰,例如太阳风、地球磁场变化等。在控制系统设计中,必须考虑这些干扰因素,以保证航天器编队飞行的稳定性和精确性。 6. 二阶滑模微分器(Second-Order Sliding Mode Differentiator):二阶滑模微分器是一种微分技术,能够用来近似虚拟信号的导数。这种技术在FTCFB中被应用来改善控制质量。 7. 航天器编队飞行(Spacecraft Formation Flying):航天器编队飞行是指多个航天器在太空中保持一定的几何形状和相对位置飞行,以完成复杂的空间任务。这种飞行方式可以有效地利用多个低成本、小型航天器代替单一大型航天器执行空间任务。 8. 仿真示例(Simulation Example):为了验证所提出的控制技术的有效性,文章中给出了一定的仿真示例。通过仿真,研究者可以展示新设计的控制策略在实际中如何发挥作用。 9. 图论方法(Graph-Based Method):文章提到了将图论方法用于研究多智能体系统(MASs)的分布式控制。图论方法可以基于局部信息对MASs进行建模和分析,这在航天器编队飞行中的姿态同步问题(Attitude Synchronization Problem, ASP)中是非常有用的。 通过上述知识点,本篇论文全面探讨了在未知外部干扰下航天器编队飞行中姿态约束控制的实现方法,并提出了相应的理论依据和技术手段,具有一定的理论深度与应用价值。
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