Shape control of spacecraft formation using a virtual spring-damper mesh
Shape control of spacecraft formation using a virtual spring-damper mesh
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使用虚拟弹簧阻尼器网格对航天器编队进行形状控制
DOI：
10.1016/j.cja.2016.09.009
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发表时间：
2016-12
影响因子：
5.7
通讯作者：
Xing Jianjun
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Qifeng Chen;Meng Yunhe;Xing Jianjun
本文推导了一种基于距离的编队控制方法，以保证航天器在重力位场中保持理想的编队形状。该方法是一个模拟的虚拟弹簧阻尼器网格。航天器实际上是由弹簧-阻尼器对连接在一起的。使用能量法进行收敛性分析。利用代数图表示法和图刚度的结果，导出了稳态时的距离误差和操纵加速度的近似表达式。分析结果表明，在网格底层图形为刚性的情况下，可以保证收敛到一个静态形状，在不增加控制加速度的情况下，通过增加弹性系数可以获得更高的编队控制精度。低地球轨道航天器编队的数值算例证实了理论分析，并表明该方法可以很好地实现所需的编队形状，而编队的方向可以通过重力梯度保持指向地球中心。该方法是分散的，并且仅使用相对测量信息。在空间中构建分布式虚拟结构可以是一般的应用领域。所提出的方法可以作为一个主动形状控制律的航天器编队使用无推进剂的内力。
This paper derives a distance-based formation control method to maintain the desired formation shape for spacecraft in a gravitational potential field. The method is an analogy of a virtual spring-damper mesh. Spacecraft are connected virtually by spring-damper pairs. Convergence analysis is performed using the energy method. Approximate expressions for the distance errors and control accelerations at steady state are derived by using algebraic graph representations and results of graph rigidity. Analytical results indicate that if the underlying graph of the mesh is rigid, the convergence to a static shape is assured, and higher formation control precision can be achieved by increasing the elastic coefficient without increasing the control accelerations. A numerical example of spacecraft formation in low Earth orbit confirms the theoretical analysis and shows that the desired formation shape can be well achieved using the presented method, whereas the orientation of the formation can be kept pointing to the center of the Earth by the gravity gradient. The method is decentralized, and uses only relative measurement information. Constructing a distributed virtual structure in space can be the general application area. The proposed method can serve as an active shape control law for the spacecraft formations using propellantless internal forces.
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影响因子：
2.6
作者：
D. Izzo;L. Pettazzi
通讯作者：
D. Izzo;L. Pettazzi
影响因子：
5.7
作者：
G. Palmerini
通讯作者：
G. Palmerini
势场中航天器群基于虚拟弹簧阻尼器网格的编队控制
DOI：
10.2514/1.g000569
发表时间：
2015-02
期刊：
Journal of Guidance, Control and Dynamics
影响因子：
--
作者：
Qifeng Chen;S;or M Veres;Yaonan Wang;Yunhe Meng
通讯作者：
Yunhe Meng
影响因子：
5.7
作者：
Y. Bae
通讯作者：
Y. Bae
DOI：
10.4310/cis.2003.v3.n4.a2
发表时间：
2003
期刊：
Commun. Inf. Syst.
影响因子：
--
作者：
B. Anderson;P. Belhumeur;T. Eren;A. Morse;W. Whiteley
通讯作者：
B. Anderson;P. Belhumeur;T. Eren;A. Morse;W. Whiteley