航天器多约束姿态机动时-虚混合域规划方法

发布时间：2021-07-05 18:46

　　针对姿态指向受限以及角速度和控制力矩有界等复杂多约束下航天器低能量姿态机动规划问题,首先提出了时-虚混合域的概念,即时域和虚拟域同步存在并且同步求解虚拟域姿态路径以及时域角速度和控制力矩。进一步地,建立时-虚混合域上非线性约束问题模型。然后,提出了时-虚混合域单点式非线性姿态机动规划方法,通过非线性参数优化和单点式路径分解置换规划求解得到姿态机动轨迹以及角速度和控制力矩曲线。仿真结果表明,该方法可以高效地解决多约束姿态机动规划问题,有效地降低姿态机动过程中的能量消耗,得到连续光滑的姿态机动规划结果。 

【文章来源】：宇航学报. 2020,41(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

禁忌约束

强制约束

通过对式(18)建立的时-虚混合域上非线性约束问题的参数优化,可以得到连接任意的起始和目标姿态的虚拟域路径以及时域角速度和控制力矩。如果该路径违反指向约束,则选取约束违背路径区域中间位置对应的最近临界增量节点[25]作为路径分解置换节点。而后同样根据式(18)依次求解各段姿态机动。每段姿态路径如果再次违反指向约束,则需要再次进行单点式路径分解置换。单轴禁忌约束下单次单点式路径分解置换如图3所示。图中实线圆包围起来的部分为禁忌区域;虚线边界圆通过给禁忌约束增加最近临界增量角得到;从起点到目标点的箭头虚线是分解置换前的路径;从起点到目标点的箭头实线是分解置换后的路径;箭头虚线上的五角星节点是当前约束违背路径区域中间位置节点;箭头实线上的六角星节点是当前路径分解置换节点。特别地,最近临界增量节点指的是在增量圆锥边界上跟当前位置节点角度距离最近的节点。增量圆锥通过在指向约束角的基础上叠加一个增量角度得到。该增量角度对于禁忌约束为正值,对于强制约束为负值。根据从当前位置节点到最近临界增量节点的欧拉旋转的姿态关系,可以得到最近临界增量节点的求解方法如式(19)所示,详细的过程可以参考文献[25]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]微小卫星多约束姿态机动规划方法[J]. 冯振欣,郭建国,周军.  宇航学报. 2019(10)
[2]间接Legendre伪谱法的欠驱动航天器姿态运动轨迹跟踪[J]. 易中贵,戈新生.  宇航学报. 2018(06)
[3]非凸二次约束下航天器姿态机动路径迭代规划方法[J]. 武长青,徐瑞,朱圣英,崔平远.  宇航学报. 2016(06)
[4]考虑未知输入饱和的指向约束姿态机动控制[J]. 崔祜涛,程小军.  宇航学报. 2013(03)
[5]具有非凸约束的航天器姿态机动预测控制[J]. 程小军,崔祜涛,崔平远,徐瑞.  宇航学报. 2011(05)
[6]基于势函数法的航天器自主姿态机动控制[J]. 郭延宁,李传江,马广富.  航空学报. 2011(03)



本文编号：3266620