[發(fā)明專利]一種基于改進高斯偽譜法的空間柔性系統(tǒng)展開控制方法

有效

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• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107194039B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 黃攀峰;劉亞;張帆;孟中杰;張夷齋;劉正雄
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/06
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種基于改進高斯偽譜法的空間柔性系統(tǒng)展開控制方法，建立自主機動空間柔性系統(tǒng)展開動力學模型；基于自主機動空間柔性系統(tǒng)展開動力學模型提出適合于偽譜法的標準Bolza問題；將標準的Bolza問題通過一種0轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題；設計了改進的高斯偽譜法的迭代算法。積極效果：采用一種改進的高斯偽譜法，將自主機動空間柔性系統(tǒng)展開運動路徑優(yōu)化轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題，設計了改進的高斯偽譜法的迭代算法。通過改進的高斯偽譜法得到光滑連續(xù)的狀態(tài)變量和控制變量，設計的迭代算法可以提前結(jié)束規(guī)劃循環(huán)，在滿足優(yōu)化條件的前提下，縮短時間。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于繩系航天器展開控制技術(shù)的研究，涉及一種基于改進高斯偽譜法的空間柔性系統(tǒng)展開控制方法，具體涉及空間柔性系統(tǒng)在展開過程中實現(xiàn)終端狀態(tài)的一種路徑規(guī)劃的最優(yōu)控制方法。

背景技術(shù)

空間柔性系統(tǒng)是一種具有繩系結(jié)構(gòu)的空間機器人系統(tǒng)，具有高靈活性和高安全性。在空間在軌捕獲和軌道清理任務中將會扮演重要角色。本專利所提出的自主機動空間柔性系統(tǒng)是一種由“”空間平臺+柔性繩網(wǎng)+自主機動單元”組成的新型航天器。柔性繩網(wǎng)的網(wǎng)口形狀為三角形，3個自主機動單元分別位于柔性繩網(wǎng)的三個頂角上。

空間柔性系統(tǒng)的展開是一個復雜的動力學過程，不恰當?shù)恼归_方式可能導致網(wǎng)繩單元和網(wǎng)面的劇烈振動，甚至出現(xiàn)網(wǎng)繩纏繞等危險情形。目前，針對飛網(wǎng)展開所提出的方式主要有旋轉(zhuǎn)展開、剛性構(gòu)件支撐展開和彈射展開三種。但這三種展開方式對網(wǎng)口最大展開面積和飛網(wǎng)有效作用時間都有很大的影響，嚴重限制了其操作距離和機動性。

柔性網(wǎng)完全展開后，在自主機動單元及空間平臺的支持下，控制并保持柔性網(wǎng)的網(wǎng)型。國內(nèi)學者針對自主機動空間柔性系統(tǒng)的展開控制技術(shù)提出了一些策略，例如，在文獻《一種空間飛網(wǎng)機器人網(wǎng)型保持控制方法》中，設計了一種基于積分切換函數(shù)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器，保證各自主機動單元以一定相對速度沿著期望軌跡運動，進而實現(xiàn)網(wǎng)型保持的目的。在文獻《空間飛網(wǎng)機器人網(wǎng)型保持控制方法研究》中，提出了一種基于Leader-Follower方法的網(wǎng)型保持控制策略，有效實現(xiàn)空間飛網(wǎng)機器人逼近目標過程中的網(wǎng)型保持控制。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于改進高斯偽譜法的空間柔性系統(tǒng)展開控制方法，使展開消耗的時間和燃料達到相對最少的一種最優(yōu)控制。

技術(shù)方案

一種基于改進高斯偽譜法的空間柔性系統(tǒng)展開控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、建立自主機動空間柔性系統(tǒng)展開動力學模型：以空間柔性系統(tǒng)質(zhì)心為原點的軌道系O-xyz，Ox沿軌道半徑由地心指向空間柔性系統(tǒng)質(zhì)心，Oy垂直于Ox且指向平臺前進的方向，Oz垂直于軌道平面且構(gòu)成右手定則；在軌道系中，三個自主機動單元(1)的質(zhì)量為m_j，相對于軌道系原點的位置為r_j＝(x_j,y_j,z_j)^T，j＝1,2,3；