组合体航天器智能协同姿态控制研究

发布时间：2024-12-01 05:12

　　 组合体航天器在姿态机动过程中的各单体卫星承受的控制力是不均匀的,局部控制力过大将会导致组合链接断裂而失效。应用多体动力学理论建立了组合体航天器间的相互作用模型,对内力、内力矩与整星姿态、控制力矩之间的关系进行了分析;仿真了极端情况下的内力矩分布,其大小可能超过常用对接机构的力矩承受范围;采用粒子群算(PSO)法对控制合力矩进行优化分配,通过预设初值和继承初值来加快PSO算法的收敛速度,实时调整各星控制力矩分配比例,减小星间相互作用力,实现组合体航天器的智能协同控制,保证组合体航天器的连接铰不因受力过大而损坏。算法仿真和Adams软件验证分析表明,本文建立的相互作用模型可准确计算出星间相互作用力,提出的智能协同姿控算法可显著降低姿控过程中的星间内力,确保组合体航天器的安全。

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

图1 单体卫星为正六边形的组合体航天器

为了保证组合体航天器的灵活性和稳定性,一般采用树形拓扑结构,如图1所示,每个单体卫星都受到来自相邻链接卫星的力和力矩作用,这些量不仅和作用位置有关,还具有方向性,因此可以用有向图来表示,对应的有向图如图2(a)所示。更一般性的有向图如图2(b)所示,其中节点表示航天器,边表示航天....

图2 树形有向图

图1单体卫星为正六边形的组合体航天器从图1可知,当有向图为树形结构时,m=n-1。记有向图为G(s,u,S),它由节点集合s={s1,s2,…,sn}、边集合u={u1,u2,…,um}和关联矩阵S=[Sij]∈Rn×m组成。关联矩阵中的元素定义如下:

图3 整星姿态机动力矩智能分配控制框图

Τci=di?Τcs,i=1,2,?,n-1Τcn=(1-sum(D))?Τcs将所有铰链中内力矩最大的作为性能评价指标,则评价函数为:

图4 自适应惯性权重的改进PSO算法流程

自适应惯性权重的改进PSO算法的主流程如图4所示,该算法通过比较每个点在单次迭代前后的评价值,将评价值升高的粒子的惯性权重设置为0,减少了无效迭代次数,具有更高的收敛率和更快的收敛速度。粒子群的位置速度更新规则为:

本文编号：4013590