針對航天器近距離操作的安全問題,提出了一種基于人工勢函數(shù)改進的碰撞規(guī)避控制算法.根據(jù)航天器與目標(biāo)、障礙物之間的實時狀態(tài),利用人工勢函數(shù)算法,計算航天器的實時加速度,規(guī)劃航天器的軌跡.為改進人工勢函數(shù)方法的適用性,提出三個方面的改進措施:首先,在人工勢函數(shù)算法中,為提高碰撞預(yù)警的準(zhǔn)確性,減少額外機動,碰撞預(yù)警采用碰撞概率代替相對距離.其次,為了提高對接安全,降低接近目標(biāo)航天器的相對速度,利用相對速度的安全接近走廊來計算目標(biāo)排斥力.最后,針對大多航天器不能提供任意連續(xù)變化推力的情況,設(shè)置兩種實用的推力形式,如bang-bang控制的推力形式和恒定變化率的推力形式,代替連續(xù)變推力形式.通過對不同算例的比較,成功地揭示了主要任務(wù)參數(shù)（如碰撞預(yù)警方法、速度安全邊界和實際加速度形式）對近距離操作安全的影響.結(jié)果表明,該方法可以提高航天器近距離操作的安全性、效率性,并且結(jié)構(gòu)簡單,實時性強. 

【文章來源】：力學(xué)學(xué)報. 2020,52(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

相對運動框架

圖2給出了采用兩種不同APF控制方法的服務(wù)航天器軌跡圖,其中紅色實線代表基于最小距離的APF控制方法、黑色虛線代表基于碰撞概率的APF控制方法.從圖2中可以看出,兩種軌跡差別較小.這一方面驗證了基于瞬時碰撞概率的APF控制方法的可行性,另一方面,瞬時碰撞概率僅僅作為APF控制方法制導(dǎo)的門限,對于靜態(tài)障礙物的控制軌跡改進并不顯著.3.1.2 動態(tài)障礙物

兩種預(yù)警方法仿真得到的軌跡對比如圖3所示,圖中紅色粗實線為基于最小距離機動的服務(wù)航天器軌跡圖,推進劑消耗為0.049 kg;黑色細(xì)虛線為基于瞬時碰撞概率機動的服務(wù)航天器軌跡圖,推進劑消耗為0.023 kg.從圖3中可以明顯看出,基于最小距離機動的情況下出現(xiàn)虛假報警情況,導(dǎo)致服務(wù)航天器進行了較多的軌道機動,從而造成額外的推進劑消耗;而基于碰撞概率的APF方法有效地減少了虛警率,避免額外的機動,減少了不必要的推進劑消耗.3.2 基于速度走廊設(shè)計目標(biāo)航天器斥力的仿真分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]配置柔順機構(gòu)空間機器人雙臂捕獲衛(wèi)星操作力學(xué)模擬及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的全階滑模避撞柔順控制[J]. 朱安,陳力.  力學(xué)學(xué)報. 2019(04)
[2]航天器碰撞概率計算方法研究進展[J]. 楊維維,趙勇,陳小前,王振國.  中國空間科學(xué)技術(shù). 2012(06)
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[4]美俄衛(wèi)星碰撞分析與啟示[J]. 羅剛橋.  國際太空. 2009(06)

博士論文
[1]航天器近距離相對運動安全控制技術(shù)[D]. 倪慶.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016

碩士論文
[1]共位約束靜止軌道交會安全評價與任務(wù)規(guī)劃[D]. 孫振江.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014



本文編號：3505759