1.一种基于事件触发通信的航天器抗干扰姿态协同控制方法,其特征在于,步骤如下:步骤(1)针对一组刚性航天器,包括领航航天器和跟随航天器,用修正罗德里格参数(MRPs)描述跟随航天器姿态运动学参数和动力学参数;对航天器的未知有界干扰进行建模,该模型用于描述多种实际干扰;步骤(2)设计干扰观测器,对干扰进行估计,使得干扰估计误差指数收敛到零;步骤(3)建立滤波器并引入事件触发机制,描述航天器间的不连续通信;步骤(4)结合干扰观测器和滤波器,基于反步法设计控制器,保证所有闭环信号都一致有界,且姿态跟踪误差能够收敛到小于预定阈值的残集内;所述步骤(1),考虑一组m+1个刚性航天器,其中航天器0为领航航天器,航天器1到m为跟随航天器;首先,定义如下记号:I r 为r×r的单位矩阵;||·||代表向量的欧几里德范数或矩阵的相应的诱导范数;对称正定矩阵的最大和最小特征值分别表示为λ max (·)和λ min (·);对于向量x=[x 1 ,x 2 ,x 3 ] T ∈R 3 ,x × 记作斜对称矩阵,其形式为 跟随航天器姿态运动学和动力学方程用修正罗德里格参数(MRPs)表示:其中,i=1,…,m;σ i ∈R 3 记为MRPs,表示第i个跟随航天器的本体坐标B i 相对于惯性坐标系Γ的修正罗德里格参数(MRPs); ω i ∈R 3 为第i个跟随航天器的本体坐标B i 相对于惯性坐标系Γ的角速度;J i ∈R 3×3 和τ i ∈R 3 分别为第i个跟随航天器的惯性矩阵和控制力矩;d i (t)=[d i,1 (t),d i,2 (t),d i,3 (t)] T ∈R 3 为未知有界干扰;然后,航天器i受到的未知有界干扰描述为: d i =S i ξ i ,其中, 是干扰系统的不可测状态变量,n i 表示这个状态变量的维数,当t=0时,初始状态ξ i (0)未知, 和 为已知常数矩阵,且W i 的特征值具有非正实部;该模型能够描述许多实际干扰,其中,j=1,2,3,d i,j 表示d i 的第j个分量,k=0,…,ι i ,ι i 是一个整数,γ i,j,k 是未知幅值, 是未知相位,ζ i,j,k 是频率;航天器的多种干扰与轨道有关,其频率由轨道参数计算得到;领航者的姿态运动是由 决定的,其中ω 0 和 有界;用包含节点集N={0,1,…,m}和边集 的有向图G描述m+1个航天器之间的通信拓扑;一条边(i,j)∈E表示航天器j可以从航天器i中获取信息;在这种情况下,航天器i称为航天器j的入邻,而航天器j称为航天器i的出邻;航天器i的入邻集合和出邻集合分别记为 和 从航天器i 1 到航天器i k 的定向路径是一系列形如(i 1 ,j 2 ),(i 2 ,j 3 ),…,(i k-1 ,j k )的边;邻接矩阵A=[a ij ]=∈R (m+1)×(m+1) 定义为若(j,i)∈E则a ij =1,其他情况下a ij =0;自边缘是不允许的,即a ii =0;Laplace矩阵Q=[q ij ]=∈R (m+1)×(m+1) 定义为:当i≠j时,q ij =-a ij ,而 假设领航航天器没有入邻且其运动独立于跟随航天器的运动,则Q写成:其中,Q 1 ∈R m 涉及领航航天器到跟随航天器的通信,Q 2 ∈R m×m 涉及跟随航天器之间的通信;如果存在一个称为根的航天器使得有从根到其它航天器的路径,那么称这个图包含一个生成树;控制目标是设计一个分布式控制方案使得整个闭环系统内所有信号有界,并且跟随航天器的姿态σ i (t),i=1,…,m,能跟踪领航航天器的姿态σ 0 (t);假设图G包含一个以领航航天器为根的生成树,则Q 2 非奇异且存在一个正定对称矩阵P使得 正定对称;同时假定(W i ,S i )是可观测的,从而避免了部分航天器被孤立的现象。
2.根据权利要求1所述的基于事件触发通信的航天器抗干扰姿态协同控制方法,其特征在于:所述步骤(2),针对飞行过程中的干扰,设计干扰观测器,对干扰进行估计,使得干扰估计误差指数收敛到零;对于第i个跟随航天器,i=1,…,m,设计一个针对干扰d i (t)的观测器如下:其中, 是观测器状态, 和 分别是ξ i 和d i 的估计;令 和 的导数满足:由于(W i ,S i )是可观测的,因此选择一个矩阵 使得矩阵(W i -F i S i )是Hurwitz的,从而使得干扰估计误差指数收敛到零。
3.根据权利要求1所述的基于事件触发通信的航天器抗干扰姿态协同控制方法,其特征在于:所述步骤(3),建立滤波器并引入事件触发机制,描述航天器间的不连续通信;对于第i个跟随航天器,i=1,…,m,建立如下辅助滤波器:其中,φ i,1 ∈R 3 和φ i,2 ∈R 3 是滤波器的状态, 和 分别为状态φ i,1 和状态φ i,2 的导数,β>0和b>0为设计参数,v i,j ∈R 3 将在后面定义;令φ 0,1 =σ 0 , 同时,定义:ρ i =φ i,2 +bφ i,1 ,i=0,…,m若第i个航天器有出邻,则引入事件触发机制如下:其中,inf表示集合的下确界,r=0,1,2,…,初始时间t i,0 =0,δ i >0和β>0是设计参数;v i,j 设计为:航天器i的入邻集合记为 对于第j个航天器,其通过自身信息指定t j,r ,仅仅在t j,r 瞬时发送信息ρ j (t j,r )给它的出邻,避免现有姿态协同控制方案中的连续通信。
4.根据权利要求1所述的基于事件触发通信的航天器抗干扰姿态协同控制方法,其特征在于:所述步骤(4),结合干扰观测器和滤波器,基于反步法设计控制器如下:基于反步法进行设计,引入变量μ i,1 =σ i -φ i,1 ,μ i,2 =ω i -α i ,i=1,…,m,镇定函数设计为:α i =D i (-c i,1 μ i,1 +φ i,2 )这里,D i =H -1 (σ i ),c i,1 >0为设计参数;同时对α i 求导有:其中, 表示D i 的导数;在此基础上,控制器设计如下:其中,κ i >0和c i,2 >0为设计参数。