This paper presents a new methodology for autonomous precision control of satellite formations in the presence of uncertainties and external disturbances. The methodology is developed in two steps. First, using a nominal system model that provides the best assessment of real-life uncertainties, a nonlinear controller that satisfies the formation configuration requirements is developed without making any linearizations/approximations. This closed-form control strategy is inspired by results from analytical dynamics and uses the fundamental equation of constrained motion. In the second step, an adaptive continuous robust controller is developed to compensate for model uncertainties and field disturbances to which the satellite formation may be subjected. This controller is based on a generalization of the concept of sliding mode control, and produces no chattering. The control gain is automatically updated in real time and the norm of the trajectory error is guaranteed to lie within user-provided desired bounds without a priori knowledge of the uncertainty/disturbance bounds. Since the control force is explicitly obtained, the approach is not computationally intensive, thereby making the approach ideal for on-orbit autonomous real-time satellite formation control. Numerical simulations demonstrate the effectiveness of the proposed control methodology, in which a desired formation configuration is required to be precisely and autonomously maintained despite large initial trajectory errors in the presence of uncertain satellite mass and environmental disturbances.

本文提出了一种在存在不确定性和外部干扰的情况下自动精确控制卫星编队的新方法。该方法分两个步骤开发。首先，使用名义系统模型提供对现实生活中不确定性的最佳评估，在不进行任何线性化/近似的情况下，开发了满足地层构造要求的非线性控制器。这种封闭形式的控制策略受到分析动力学结果的启发，并使用了受约束运动的基本方程式。在第二步中，开发了一种自适应连续鲁棒控制器，以补偿卫星编队可能遭受的模型不确定性和场干扰。该控制器基于滑模控制概念的概括，并且不会产生颤抖。控制增益会实时自动更新，并且无需事先了解不确定性/干扰范围，就可以保证轨迹误差的范数在用户提供的期望范围内。由于明确获得了控制力，因此该方法无需进行大量的计算，因此使该方法成为在轨自主实时卫星编队控制的理想选择。数值模拟表明了所提出的控制方法的有效性，在这种方法中，尽管存在不确定的卫星质量和环境扰动，但初始轨迹误差较大，仍需要精确，自主地维持所需的编队配置。控制增益会实时自动更新，并且无需事先了解不确定性/干扰范围，就可以保证轨迹误差的范数在用户提供的期望范围内。由于明确获得了控制力，因此该方法无需进行大量的计算，因此使该方法成为在轨自主实时卫星编队控制的理想选择。数值模拟表明了所提出的控制方法的有效性，在这种方法中，尽管存在不确定的卫星质量和环境扰动，但初始轨迹误差较大，仍需要精确，自主地维持所需的编队配置。控制增益会实时自动更新，并且无需事先了解不确定性/干扰范围，就可以保证轨迹误差的范数在用户提供的期望范围内。由于明确获得了控制力，因此该方法无需进行大量的计算，因此使该方法成为在轨自主实时卫星编队控制的理想选择。数值模拟表明了所提出的控制方法的有效性，在这种方法中，尽管存在不确定的卫星质量和环境扰动，但初始轨迹误差较大，仍需要精确，自主地维持所需的编队配置。由于明确获得了控制力，因此该方法无需进行大量的计算，因此使该方法成为在轨自主实时卫星编队控制的理想选择。数值模拟表明了所提出的控制方法的有效性，在这种方法中，尽管存在不确定的卫星质量和环境扰动，但初始轨迹误差较大，仍需要精确，自主地维持所需的编队配置。由于明确获得了控制力，因此该方法无需进行大量的计算，因此使该方法成为在轨自主实时卫星编队控制的理想选择。数值模拟表明了所提出的控制方法的有效性，在这种方法中，尽管存在不确定的卫星质量和环境扰动，但初始轨迹误差较大，仍需要精确，自主地维持所需的编队配置。