基于改进人工势函数的航天器近距离安全控制方法

发布时间：2021-11-19 20:00

　　针对航天器近距离操作的安全问题,提出了一种基于人工势函数改进的碰撞规避控制算法.根据航天器与目标、障碍物之间的实时状态,利用人工势函数算法,计算航天器的实时加速度,规划航天器的轨迹.为改进人工势函数方法的适用性,提出三个方面的改进措施:首先,在人工势函数算法中,为提高碰撞预警的准确性,减少额外机动,碰撞预警采用碰撞概率代替相对距离.其次,为了提高对接安全,降低接近目标航天器的相对速度,利用相对速度的安全接近走廊来计算目标排斥力.最后,针对大多航天器不能提供任意连续变化推力的情况,设置两种实用的推力形式,如bang-bang控制的推力形式和恒定变化率的推力形式,代替连续变推力形式.通过对不同算例的比较,成功地揭示了主要任务参数（如碰撞预警方法、速度安全边界和实际加速度形式）对近距离操作安全的影响.结果表明,该方法可以提高航天器近距离操作的安全性、效率性,并且结构简单,实时性强. 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

相对运动框架

图2给出了采用两种不同APF控制方法的服务航天器轨迹图,其中红色实线代表基于最小距离的APF控制方法、黑色虚线代表基于碰撞概率的APF控制方法.从图2中可以看出,两种轨迹差别较小.这一方面验证了基于瞬时碰撞概率的APF控制方法的可行性,另一方面,瞬时碰撞概率仅仅作为APF控制方法制导的门限,对于静态障碍物的控制轨迹改进并不显著.3.1.2 动态障碍物

两种预警方法仿真得到的轨迹对比如图3所示,图中红色粗实线为基于最小距离机动的服务航天器轨迹图,推进剂消耗为0.049 kg;黑色细虚线为基于瞬时碰撞概率机动的服务航天器轨迹图,推进剂消耗为0.023 kg.从图3中可以明显看出,基于最小距离机动的情况下出现虚假报警情况,导致服务航天器进行了较多的轨道机动,从而造成额外的推进剂消耗;而基于碰撞概率的APF方法有效地减少了虚警率,避免额外的机动,减少了不必要的推进剂消耗.3.2 基于速度走廊设计目标航天器斥力的仿真分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]配置柔顺机构空间机器人双臂捕获卫星操作力学模拟及基于神经网络的全阶滑模避撞柔顺控制[J]. 朱安,陈力.  力学学报. 2019(04)
[2]航天器碰撞概率计算方法研究进展[J]. 杨维维,赵勇,陈小前,王振国.  中国空间科学技术. 2012(06)
[3]空间交会轨迹安全性定量评价指标研究[J]. 梁立波,罗亚中,王华,唐国金.  宇航学报. 2010(10)
[4]美俄卫星碰撞分析与启示[J]. 罗刚桥.  国际太空. 2009(06)

博士论文
[1]航天器近距离相对运动安全控制技术[D]. 倪庆.国防科学技术大学 2016

硕士论文
[1]共位约束静止轨道交会安全评价与任务规划[D]. 孙振江.国防科学技术大学 2014



本文编号：3505759