本文主要研究一类变组成航天器编队的容错控制设计问题,航天器编队飞行是如今航天领域的一个研究热点,不管是从军事战略还是出于民用目的,面对越来越复杂的空间任务,单一的队形已无法满足需求。为了完成特定的空间任务,编队中的某些航天器可能会发生对接、分离、离开和加入等操作来改变编队队形以适应任务需求。将每个队形看成系统的一个模态,利用切换系统和驻留时间的方法,对具有全部稳定模态的系统以及具有不稳定模态的系统的稳定性进行研究,并通过 Matlab 仿真验证方法的可行性。 首先,介绍了航天器编队飞行和切换系统的概念,并且描述了二者之间的联系及其研究背景和意义,针对影响航天器编队飞行的故障种类和容错方法进行归纳,对航天器编队飞行的研究现状进行总结。 其次,介绍几种常用在航天器编队运动的坐标系,以四元数法描述航天器的姿态,从姿态运动学和动力学角度分析编队航天器的相对运动,针对本课题研究的一类变组成航天器编队飞行问题,将整个编队看成一个系统,用各航天器相对于参考点的运动和姿态变量误差作为该系统的状态,建立其在一般情况下的编队飞行模型,分析系统的稳定性,为下文的全稳定模态和具有不稳定模态下的系统研究奠定基础。 再次,基于上述的一般模型,考虑全稳定模态的编队系统在切换瞬时状态发生跳变,如此对整个编队系统的稳定性产生的影响,并将其转化为对基于脉冲切换的编队系统的稳定性与容错控制的问题的研究;针对具有不稳定模态的编队系统,使用驻留时间方法,通过调节稳定模态与不稳定模态的激活时间的比值,利用稳定模态来补偿不稳定模态的影响,从而使系统达到稳定。 最后,对于基于脉冲切换的全稳定模态和具有不稳定模态的编队系统在 Matlab 平台上分别进行仿真,通过仿真结果,证明了所提方法的正确性和合理性。