1.具有执行器饱和的航天器多智能体姿态同步容错控制方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1:建立航天器多智能体的动力学模型;
S2:根据步骤S1建立的动力学模型,建立航天器多智能体跟踪误差系统形式;
S3:建立执行器故障的统一模型;
S4:在故障发生的情况下,建立增广系统;
S5:基于建立的增广系统模型,建立未知输入观测器和自适应律,获取实时故障估计信息;
S6:根据实时故障估计信息,设计容错控制器;
S7:通过容错控制器,当系统控制输入存在饱和的时候,获得到饱和值,设计航天器的姿态控制律;
所述步骤S4中增广系统具体为:其中,xi=ωi, C=I3,ui=τic,fi=τif,di=τid,
2.根据权利要求1所述的具有执行器饱和的航天器多智能体姿态同步容错控制方法,其特征在于:所述步骤S1中动力学模型具体为:其中, 表示是航天器主体框架Xi相对于地心惯性框架E的姿态的单位四元3
数表示,且满足 ωi∈R是航天器相对于惯性系的角速度;I表示单位矩阵;Ji
3×3 3 3
∈R 是Xi中航天器的已知惯性矩阵;τi∈R 和τid∈R 分别表示有限的控制转矩和外部干扰。
3.根据权利要求1所述的具有执行器饱和的航天器多智能体姿态同步容错控制方法,其特征在于:所述步骤S2中航天器多智能体跟踪误差系统形式具体如下:3
其中, 和ωr∈R表示参考航天器的单位四元素和角速度姿态;姿态跟踪误3
差 表示航天器主题框架Xi相对于参考框架Y的方向误差;定义ωie∈R表示航天器主题框架Xi相对于参考框架Y的角速度误差;定义和ωie=ωi‑Niωr;定义为旋转矩阵,且满足
4.根据权利要求1所述的具有执行器饱和的航天器多智能体姿态同步容错控制方法,其特征在于:所述步骤S3中执行器采用反作用轮,针对反作用轮的故障数学建模为:其中τic表示控制器在i=1,2,...,n的情况下生成的第i个反作用轮的期望转矩信号,0≤Emin(t)≤Ei(t)≤1表示第i个反作用轮的有效系数, 是以加法形式进入航天器的不确定故障,τi表示施加在航天器上的实际控制动作。
5.根据权利要求1所述的具有执行器饱和的航天器多智能体姿态同步容错控制方法,其特征在于:所述步骤S5中未知输入观测器和自适应律具体为:其中, 表示原系统状态xi的观测值;z表示第i个观测器的状态;
Ti,Qi,Mi,Li,Gi为未知的观测器增益矩阵;
其中,Ti,Qi,Mi,Li,Gi通过如下线性矩阵不等式进行求解:其中,Pi为正定对称矩阵;γ为正标量。
6.根据权利要求1所述的具有执行器饱和的航天器多智能体姿态同步容错控制方法,其特征在于:所述步骤S6中基于滑模方法设计容错控制器,具体为:定义第i个航天器的滑模面:
r
Si=ωie+k1qie+k3sig(qie)r r r r T
其中0<r<1;sig(qie)=[|qi1e|sign(qi1e),|qi2e|sign(qi2e),|qi3e|sign(qi3e)];
通过控制方案,第i个航天器的姿态控制律设计为:其中,ai>0,βi1>0,βi2>0, aij代表航天器i与航天器j之间是否连接,连接时aij=1,否则aij=0,bi代表航天器i与领航航天器之间是否连接,连接时bi=1,否则bi=0。
7.根据权利要求1所述的具有执行器饱和的航天器多智能体姿态同步容错控制方法,其特征在于:所述步骤S7中饱和值为:τicmax=sat(τic)其中,
8.根据权利要求7所述的具有执行器饱和的航天器多智能体姿态同步容错控制方法,其特征在于:所述步骤S7中第i个航天器的姿态控制律为:其中,Timax=diag(τi1max,τi2max,τi3max)。