[發明專利]航天器終端接近的有限時間飽和避碰控制方法

有效

• 申請號: 201611187013.X
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106707751B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 宋申民;李學輝;郭永;孫經廣
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

航天器終端接近的有限時間飽和避碰控制方法，涉及一種航天器終端的控制方法，具體涉及一種考慮了避碰控制的控制方法。本發明為了解決目前的控制系統還沒有一種能夠基于有限時間實現有效避碰的控制方法。本發明首先以目標航天器軌道坐標系為參考坐標系，根據目標航天器和追蹤航天器的相對運動模型構建追蹤航天器相對于目標航天器的軌道運動方程，然后根據避碰模型和控制目標設計基于有限時間飽和設計避碰控制器，設計避碰控制器分別針對外部擾動上界已知的情況和外部擾動上界未知的情況分別設計避碰控制器。本發明適用于航天器終端的避碰控制。

技術領域

本發明涉及一種航天器終端的控制方法，具體涉及一種考慮了避碰控制的控制方法。

背景技術

航天器終端接近技術在航天在軌任務中有重要應用。為使追蹤航天器完成各種在軌服務任務，要求追蹤航天器跟蹤到達指定期望位置，當到達期望位置后，由追蹤航天器的捕獲機構捕獲目標航天器。

在追蹤航天器接近期望位置過程中，為了航天任務的順利完成，要求追蹤航天器避免與目標航天器發生碰撞。為了解決避障問題，陳統、徐世杰等人的《非合作式自主交會對接的終端接近模糊控制》基于視線相對運動模型，利用模糊控制，研究了非合作自主交會對接的終端接近問題。張大偉、宋申民、裴潤等人的《非合作目標自主交會對接的橢圓蔓葉線勢函數制導》基于橢圓蔓葉線，應用人工勢函數制導方法解決了非合作目標航天器自主交會對接與靜態障礙物躲避問題。Weiss A、Baldwin M、Erwin R S等人的《ModelPredictive Control for Spacecraft Rendezvous and Docking:Strategies forHandling Constraints and Case Studies》利用線性二次模型預測控制研究了具有避障功能的航天器相對運動制導與控制問題。

在實際航天器控制中，執行機構的輸出是受限的，忽略了輸入飽和問題可能引起控制性能的下降，甚至可以引起系統不穩定。為了解決輸入飽和問題，Qi Y、Jia Y等人的《Constant thrust collision avoidance maneuver under thruster failure》針對追蹤星徑向方向上推進器出現故障的情況，在常值推力下設計了切換控制，使得追蹤星沿著指定的軌跡運動，實現了主動避碰。

Weiss A、Petersen C、Baldwin M等人的《Safe Positively Invariant Sets forSpacecraft Obstacle Avoidance》利用安全正不變集(safe positively invariantsets)研究了航天器相對運動的避障問題，通過應用圖形搜索算法找到一條安全無碰撞路徑并能夠滿足推力限制。

為了能夠快速完成航天任務，有限時間控制在航天控制中得到了重要應用。針對有限時間避碰問題，目前大多數文獻還沒有有效方法。Li S、Wang X等人的《Finite-timeconsensus and collision avoidance control algorithms for multiple AUVs》針對多水下機器人系統分別研究了有限時間位置一致性和碰撞避免問題，但所提出的考慮避免碰撞問題的協同控制器不能保證系統有限時間收斂。

Zhou N、Xia Y等人的《Coordination control of multiple Euler–Lagrangesystems for escorting mission》和Chen J、Gan M、Huang J等人的《Formation controlof multiple Euler-Lagrange systems via null-space-based behavioral control》均針對多體Euler-Lagrange系統，通過基于零空間(null-space-based)行為控制方法，研究了有限時間編隊控制策略，但是當處理有障礙物的情況時，系統仍無法實現有限時間收斂。