绳系卫星Halo轨道保持的非线性模型预测控制研究

"Station-keeping of Tethered Satellite System Around a Halo Orbit Using Nonlinear Model Predictive Control" 这篇研究论文探讨了使用非线性模型预测控制（Nonlinear Model Predictive Control, NMPC）方法来维持绳系卫星系统在Halo轨道上的稳定定位问题。Halo轨道是一种特殊的天体动力学轨道，它在地球同步空间站或太空垃圾清理等任务中有重要应用。绳系卫星系统由一个主卫星和一个或多个次级卫星组成，通过一根长缆连接，可以实现更广泛的作业范围和任务执行能力。 文章中提到，绳系卫星在Halo轨道上的站位保持（station-keeping）是一项挑战，因为这种轨道的稳定性受到多种因素的影响，如地球引力、太阳辐射压力、大气阻力以及绳系卫星自身的动态特性。传统的控制策略可能难以有效处理这些复杂交互作用，因此，作者提出使用NMPC来优化控制决策。 非线性模型预测控制是一种先进的控制策略，它考虑了系统的非线性动态模型，并对未来一段时间内的系统行为进行预测，以此来制定当前的控制输入。在绳系卫星系统中，NMPC能够实时计算出最优的控制力矩，以抵消各种扰动因素对轨道的影响，同时最小化控制努力，从而确保卫星在Halo轨道上的精确位置。 该研究强调了NMPC的优势，包括其处理约束条件的能力和对系统不确定性的好适应性。通过数值模拟和分析，作者证明了NMPC在维持绳系卫星在Halo轨道上的精度和效率上优于传统控制方法。此外，NMPC的在线优化特性使得它能应对轨道环境的变化，提高了系统的鲁棒性。 文章进一步详细介绍了模型建立、预测模型的数学表述、控制律的设计以及仿真结果的分析。通过国家自然科学基金资助的项目，作者进行了深入的研究，展示了NMPC在实际航天工程中的潜在应用价值。 引用格式为： 刘刚，李传江，马广富．应用非线性模型预测控制的绳系卫星Halo轨道保持控制［J］．航空学报，２０１４，３５（9）：２６０５－２６１４． 这篇研究论文提供了关于如何利用非线性模型预测控制技术来解决绳系卫星系统在Halo轨道上保持任务的深入见解，为未来航天任务的轨道设计和控制策略提供了新的理论支持和实践指导。