一类复杂通信条件下高阶线性群系统编队控制

针对时变时延、拓扑不确定和外部扰动等复杂通信条件下的高阶线性群系统编队控制问题进行研究。首先,建立了群系统编队控制问题的数学描述,并基于一致性最近邻原则给出了编队控制协议框架。其次,提出了群系统实现编队的充要条件。通过状态分解和变量代换,给出了约束条件下,编队控制协议的设计方法。同时,为得到群系统所允许最大时延边界,引入自由权矩阵,得到了保守性较小的线性矩阵不等式（LMI）判据条件。仿真实验验证了编队控制方法对于有界时变时延、拓扑不确定以及外部扰动具有一定的鲁棒性。      

拒止环境下基于"忠诚僚机"的护航策略

护航策略一直是各军事大国的重点研究内容之一,拒止环境具有强电磁干扰、强对抗博弈等特点,进而对护航策略提出了更高的要求。提出了一种基于分布式时变编队跟踪控制方法的护航策略,该策略中由高成本长机探测到敌方来袭导弹,在进行规避的同时,释放多个低成本僚机担任“忠诚僚机”。采用时变编队跟踪的控制方法,使僚机始终处于长机与敌方来袭导弹的视线轴上,必要时牺牲僚机以保全长机。针对敌方来袭导弹的方位角是全局信息,设计了分布式观测器对其进行估计。在拒止环境下,复杂电磁干扰带来通信时断时续,导致长机与僚机及僚机与僚机之间的通信拓扑存在切换。为应对电磁干扰对通信拓扑的破坏,提高抗电磁干扰能力,考虑僚机外部扰动和长机规避机动动作同时存在的情况,基于观测器理论、自适应控制理论和滑模控制理论,构造了具体通信拓扑切换机制的分布式控制协议,并利用Lyapunov理论证明了僚机采用该协议能够实现拒止环境下基于“忠诚僚机”的护航策略。通过仿真模拟导弹来袭场景,验证了所提策略的有效性。      

有向通信拓扑和时延条件下的无人机集群时变编队控制

针对无人机（UAV）集群在有向通信拓扑和存在通信时延条件下的时变编队控制问题进行了研究。建立了无人机集群二阶离散时间系统模型，基于无人机自身实时信息和相邻无人机带通信时延的状态信息，设计了分布式编队控制协议。通过理论分析，得到了无人机集群能够实现时变编队的充要条件，给出了可行的期望编队的表达式。在集群通信拓扑有生成树的条件下，分析了控制协议中待定参数和状态更新周期满足的耦合约束条件，并给出了参数设计的流程。仿真结果表明:即使在较大的通信时延下，所设计的控制协议也能实现无人机集群时变编队控制，验证了理论分析的正确性和有效性。      

基于持续-保持机制的多智能体系统跟踪控制

考虑到实际应用中，由于外部干扰或通信能力有限，连续通信有时无法保证，研究了间歇通信下二阶多智能体的跟踪控制问题。在持续性通信无法保证的场景下，为了提升间歇通信下系统的收敛性能，引入非周期性的持续-保持控制机制，设计了一种面向二阶多智能体系统的一致性跟踪控制协议。基于矩阵论和图论知识，并结合双线性变换证明了非周期性间歇通信结构下系统可以实现一致性跟踪，进而得到了针对无向拓扑网络的一致性跟踪条件。仿真实验验证了理论结果的正确性。     

不确定通讯下的异构多智能体网络鲁棒编队控制

研究了不确定通讯网络下的异构多智能体系统的鲁棒编队控制问题，也就是要在智能体间信息交互过程中产生的传输误差和噪声情况下实现编队的控制目标.把网络中的信道构建成一个统一的附加一个确定或者随机不确定性的传递函数.对于确定和随机这两种情况，首先对每个智能体分别设计了分布式的补偿器并得出了实现补偿器内部状态达到编队控制的充分条件.随后，对每个智能体给出了一个基于观测器的控制律以实现智能体的状态跟踪到对应补偿器的状态，从而实现智能体状态的编队目标.最后，给出了一个仿真实例来验证的控制律的有效性.     

基于多重检测的无人机抗遮挡目标跟踪算法

针对无人机（UAV）目标跟踪过程中遇到目标被障碍物遮挡时跟踪效果不佳的问题，提出一种多重检测的抗遮挡目标跟踪算法。在基于时空正则化相关滤波算法的框架下通过融合多种置信度函数，设计了一种响应置信度判别方法；为了具体了解目标被遮挡情况，将响应差值变化和响应梯度变化结合在一起作为判断是否更新滤波模板参数的依据；设计了一种融合分块思想与金字塔尺度池的尺度估计方法来解决目标在图像中尺度大小变化问题。所提算法在UAV数据集上相较于其他7种算法有不错的表现，在跟踪过程中面对目标遮挡、尺度变化和快速移动问题的跟踪精度和成功率上都有明显的提升。结果表明：所提算法能够更好地应对UAV在目标跟踪过程中出现的目标遮挡和尺度变化的问题，具有良好的快速性、准确性和鲁棒性。     

基于内模原理的椭圆轨道编队最优维持控制

 基于内模原理,针对椭圆轨道编队维持控制过程中存在的周期扰动问题,结合动力学方程的时变周期系数特性,设计具有干扰抑制功能的线性周期时变最优二次调节器。干扰内模的加入,使得系统响应在稳态时具有良好的控制精度,同时基于最优性原理的设计使得系统的瞬态响应过程满足某种最优性能指标要求。仿真结果表明,在椭圆轨道的编队维持控制器中引入部分干扰内模可大幅度提高维持精度。     

基于误差四元数分解的刚体姿态跟踪滑模控制

对于转动惯量参数时变和参数不确定以及外部扰动和作用力矩方向偏差的刚体姿态跟踪系统,文章提出了采用滑模控制的方法。利用误差四元数建立数学模型,通过误差四元数分解进行反馈线性化得到指令角加速度;设计滑模控制律,实现指令角加速度跟踪。仿真结果表明,文章所求控制律对刚体姿态跟踪系统具有稳定性和鲁棒性。     

Constant thrust collision avoidance maneuver under thruster failure

In this paper, the collision avoidance maneuver under the chaser’s thruster failure in radial direction is investigated. First, based on the vision measurement, the relative position parameters of the target spacecraft are obtained and the target maneuvre positions are calculated through the isochronous interpolation method. Then, by using coupling effects, the thrusters working time intervals can be computed by the time series analysis method. The perturbations and fuel consumptions are addressed during the computation of the thrusters working time intervals. Next, the switching control law under constant thrust is designed for active collision avoidance maneuvres along a specified trajectory.     

基于切换系统的变体飞行器鲁棒自适应控制

针对变体飞行器变形过程的控制问题,将切换系统理论与多变量自适应控制理论相结合,提出了一种基于切换系统的鲁棒自适应控制器设计方法。首先,建立了变体飞行器纵向短周期线性切换模型,描述了飞行器的整个变形过程;然后,设计了一种改进的鲁棒自适应控制律,抑制了各类干扰和不确定性对系统的影响,实现了切换系统对参考模型的良好跟踪;最后,提出了一种基于模型依赖驻留时间（MDDT）的切换控制律,保证了变体飞行器在变形切换过程中的稳定性,利用Lyapunov函数方法证明了本文方法最终一致有界。仿真验证表明,在存在外部干扰和各类不确定性的情况下,本文方法能保证飞行器在变形过程中精确跟踪参考模型,且具有较好的抗干扰能力。      

Multi-agent Q-Learning control of spacecraft formation flying reconfiguration trajectories

This paper presents a novel approach based on multi-agent reinforcement learning for spacecraft formation flying reconfiguration tracking problems. In this scheme, spacecrafts learn the control strategy via transfer learning. For this matter, a new generalized discounted value function is introduced for the tracking problems. Due to the digital nature of spacecraft computer systems, local optimal controllers are developed for the spacecrafts in discrete-time. The stability of the controller is proven. Two Q-learning algorithms are proposed, in each of which the optimal control solution is learned on-line without knowledge about the system dynamics. In the first algorithm, each agent learns the optimal control independently. In the second one, each agent shares the learned information with other agents. Next, the collision avoidance capability is provided. The effectiveness of the presented schemes is verified through simulations and compared with each other.     

基于人工势场的星群松散编队控制

利用低成本的微纳卫星组成星群协同执行空间任务,近年来引起了航天界的广泛关注.针对星群松散编队控制任务,将人工势场法和基于相对运动动力学方程的速度反馈控制相结合,在各颗卫星和目标之间构造吸引势场,在各颗卫星之间建立基于位置信息的避碰势场,在空间障碍物附近建立避障势场,同时引入速度反馈控制律,综合实现星群松散编队控制,并通...     

空间机器人双臂捕获航天器操作的无源自抗扰避撞从顺控制

针对空间机器人双臂捕获非合作航天器过程中避免关节受冲击破坏的避撞从顺控制问题,在机械臂与关节电机之间设计了一种由旋转型串联弹性执行器（RSEA）构成的弹簧缓冲装置.通过缓冲弹簧变形来吸收捕获碰撞阶段产生的冲击能量,并采用合理的避撞从顺控制策略,保证镇定运动阶段关节受到的冲击力矩限制在安全范围内.应用拉格朗日方法及牛顿elax-elax欧拉法,分别建立捕获前双臂空间机器人开环系统及航天器系统动力学模型;结合冲量定理、闭链系统位置及运动学关系,得到捕获操作后两者所构成闭链混合体系统的动力学模型.为实现失稳混合体系统的镇定,提出了一种基于无源性理论的自抗扰避撞从顺控制方案.此外,运用最小权值范数法对机械臂各关节力矩进行分配,保证了各臂协调操作.通过数值模拟,验证了缓冲装置的抗冲击性能及控制策略的有效性.      

Optimal guidance and collision avoidance for docking with the rotating target spacecraft

The guidance and control strategy for spacecraft rendezvous and docking are of vital importance, especially for a chaser spacecraft docking with a rotating target spacecraft. Approach guidance for docking maneuver in planar is studied in this paper. Approach maneuver includes two processes: optimal energy approach and the following flying-around approach. Flying-around approach method is presented to maintain a fixed relative distance and attitude for chaser spacecraft docking with target spacecraft. Due to the disadvantage of energy consumption and initial velocity condition, optimal energy guidance is presented and can be used for providing an initial state of flying-around approach process. The analytical expression of optimal energy guidance is obtained based on the Pontryagin minimum principle which can be used in real time. A couple of solar panels on the target spacecraft are considered as obstacles during proximity maneuvers, so secure docking region is discussed. A two-phase optimal guidance method is adopted for collision avoidance with solar panels. Simulation demonstrates that the closed-loop optimal energy guidance satisfies the ending docking constraints, avoids collision with time-varying rotating target, and provides the initial velocity conditions of flying-around approach maneuver. Flying-around approach maneuver can maintain fixed relative position and attitude for docking.     

可重复使用飞行器鲁棒自抗扰控制

为可重复使用飞行器再入提出一种新的鲁棒自抗扰控制方法.针对一般多输入多输出模型,重新定义状态变量后,分别设计各通道的线性扩张状态观测器.之后提出自抗扰控制系统的一套鲁棒分析与设计方法.应用于姿态控制时,引入最速跟踪微分器对姿态角指令进行滤波,以解决倾侧角反转过程中快速性与抗饱和之间的矛盾.仿真结果表明,设计的控制系统解耦效果良好,鲁棒稳定性较强,饱和问题也得到解决.     

基于重复自抗扰控制的索网天线振动抑制

为解决索网天线在轨运行过程中的振动抑制问题,提出一种基于重复自抗扰复合控制器的主动振动控制方法。首先,使用有限元法建立天线型面的振动动力学模型,基于模态截断的方法对动力学模型进行降阶并转化为状态空间方程的形式。然后,基于能量最小化准则,使用遗传算法对传感器/作动器的位置进行优化。最后,设计了基于线性自抗扰控制的天线型面振动主动抑制算法,并在此基础上设计前馈重复控制算法,通过对反馈控制周期性误差的学习,提高控制器抑制周期性扰动的能力。仿真结果表明,相比无控状态时,所提出的控制方法可将型面扰动降低97.0%,振动抑制效果优于PID控制器。所设计的控制方法为天线型面的振动控制提供了一种新的技术手段。