航天器编队控制方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及航天器控制，尤其涉及一种航天器编队控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、异构多航天器时变编队跟踪是指在一个多航天器系统中，由具有不同动力学特性和/或控制策略的航天器组成的编队，在不同时间点上需要保持一定的相对位置和速度关系。该问题在无人机编队控制、智能车队控制等领域具有重要应用价值。

2、目前已经有许多针对多航天器系统时变编队跟踪的技术，例如基于模型预测控制的方法、基于自适应控制的方法、基于分布式控制的方法等。这些方法虽然提高了系统的灵活性、可扩展性以及鲁棒性。但是许多现有方法要求系统的动力学特性已知，且相互独立的航天器之间不产生耦合作用，这在实际应用中难以满足。其中基于自适应控制的方法需要进行大量的计算才能得到控制信号，这对于实时性要求较高的应用场景来说是一个难点。而基于分布式控制的方法对于系统的初始状态和外部干扰比较敏感，一旦外部干扰对多航天器系统进行侵扰，就容易导致多航天器系统失控或者无法收敛

3、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种航天器编队控制方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术多航天器编队跟踪算法所需计算资源多且对硬件设备要求高的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种航天器编队控制方法，所述方法包括以下步骤：

3、根据预设事件触发机制获取周边航天器的编队状态信息；

4、根据预设数字孪生层和所述编队状态信息进行状态计算，确定参考状态；

5、根据所述参考状态和物理静态状态确定状态控制参数；

6、根据所述状态控制参数对本地行动状态进行更新，以实现编队控制。

7、可选地，所述根据预设数字孪生层和所述编队状态信息进行状态计算，确定参考状态，包括：

8、获取观测状态；

9、根据所述编队状态信息确定局部时变编队误差；

10、根据航天器编队信息确定时变编队补偿信号；

11、根据所述时变编队补偿信号、所述观测状态、所述局部时变编队误差以及预设数字孪生层进行状态计算，确定参考状态。

12、可选地，所述根据航天器编队信息确定时变编队补偿信号，包括：

13、获取航天器编队信息；

14、根据所述航天器编队信息进行矩阵转换，确定所述航天器编队信息的维度转换矩阵；

15、根据所述航天器编队信息、所述维度转换矩阵以及领导者状态矩阵进行计算，确定时变编队补偿信号。

16、可选地，所述根据所述编队状态信息确定局部时变编队误差，包括：

17、获取通讯通路的时变耦合增益和预设维度矩阵；

18、根据所述预设维度矩阵和预设增益条件确定控制增益矩阵；

19、根据所述控制增益矩阵、所述时变耦合增益、航天器数量、所述编队状态信息以及预设数字孪生层进行时变计算，确定局部时变编队误差。

20、可选地，所述根据所述状态控制参数对本地行动状态进行更新，以实现编队控制之前，还包括：

21、确定编队目标身份；

22、根据所述编队目标身份确定目标动力学模型；

23、根据所述目标动力学模型对航天器行动状态进行初始化，得到本地行动状态。

24、可选地，所述根据所述编队目标身份确定目标动力学模型，包括：

25、在所述编队目标身份为编队跟随者时，根据跟随者状态矩阵、控制参数矩阵、跟随者状态信息以及跟随者控制参数构建第一动力学模型；

26、在所述编队目标身份为编队领导者时，根据领导者状态矩阵、领导者状态信息以及领导者控制输出信息构建第二动力学模型。

27、可选地，所述根据所述状态控制参数对本地行动状态进行更新，以实现编队控制之后，还包括：

28、根据所述状态控制参数生成更新行动信息；

29、根据预设编队协议发送所述更新行动信息至所述周边航天器，以使所述周边航天器根据所述更新行动信息进行状态调整。

30、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种航天器编队控制装置，所述航天器编队控制装置包括：

31、获取模块，用于根据预设事件触发机制获取周边航天器的编队状态信息；

32、计算模块，用于根据预设数字孪生层和所述编队状态信息进行状态计算，确定参考状态；

33、处理模块，用于根据所述参考状态和物理静态状态确定状态控制参数；

34、更新模块，用于根据所述状态控制参数对本地行动状态进行更新，以实现编队控制。

35、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种航天器编队控制设备，所述航天器编队控制设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的航天器编队控制程序，所述航天器编队控制程序配置为实现如上文所述的航天器编队控制方法的步骤。

36、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有航天器编队控制程序，所述航天器编队控制程序被处理器执行时实现如上文所述的航天器编队控制方法的步骤。

37、本发明通过根据预设事件触发机制获取周边航天器的编队状态信息；根据预设数字孪生层和所述编队状态信息进行状态计算，确定参考状态；根据所述参考状态和物理静态状态确定状态控制参数；根据所述状态控制参数对本地行动状态进行更新，以实现编队控制。通过上述方式，基于预设事件触发机制和预设数字孪生层结合周边航天器的编队状态信息确定自身的参考状态，并基于参考状态和物理静态状态确定状态控制参数，基于状态控制参数对本地行动状态进行更新，减少了资源消耗，在面对外部干扰或者系数参数变化时，编队的鲁棒性和适应性更强，实现了编队形态的灵活调整和多航天器系统规模的可扩展性，并提高了任务完成的效率。

技术特征：

1.一种航天器编队控制方法，其特征在于，所述航天器编队控制方法，包括：

2.如权利要求1所述的航天器编队控制方法，其特征在于，所述根据预设数字孪生层和所述编队状态信息进行状态计算，确定参考状态，包括：

3.如权利要求2所述的航天器编队控制方法，其特征在于，所述根据航天器编队信息确定时变编队补偿信号，包括：

4.如权利要求2所述的航天器编队控制方法，其特征在于，所述根据所述编队状态信息确定局部时变编队误差，包括：

5.如权利要求1所述的航天器编队控制方法，其特征在于，所述根据所述状态控制参数对本地行动状态进行更新，以实现编队控制之前，还包括：

6.如权利要求5所述的航天器编队控制方法，其特征在于，所述根据所述编队目标身份确定目标动力学模型，包括：

7.如权利要求1至6中任一项所述的航天器编队控制方法，其特征在于，所述根据所述状态控制参数对本地行动状态进行更新，以实现编队控制之后，还包括：

8.一种航天器编队控制装置，其特征在于，所述航天器编队控制装置包括：

9.一种航天器编队控制设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的航天器编队控制程序，所述航天器编队控制程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的航天器编队控制方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有航天器编队控制程序，所述航天器编队控制程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的航天器编队控制方法。

技术总结本发明属于航天器控制技术领域，公开了一种航天器编队控制方法、装置、设备及存储介质。本发明通过根据预设事件触发机制获取周边航天器的编队状态信息；根据预设数字孪生层和所述编队状态信息进行状态计算，确定参考状态；根据所述参考状态和物理静态状态确定状态控制参数；根据所述状态控制参数对本地行动状态进行更新，以实现编队控制。通过上述方式，基于预设事件触发机制和预设数字孪生层结合周边航天器的编队状态信息确定自身的参考状态，并基于参考状态和物理静态状态确定状态控制参数，基于状态控制参数对本地行动状态进行更新，减少了资源消耗的同时，实现了编队形态的灵活调整和多航天器系统规模的可扩展性，并提高了任务完成的效率。技术研发人员：崔玉康,黄谊辉受保护的技术使用者：鹏城实验室技术研发日：技术公布日：2024/6/13