針對(duì)姿態(tài)指向受限以及角速度和控制力矩有界等復(fù)雜多約束下航天器低能量姿態(tài)機(jī)動(dòng)規(guī)劃問題,首先提出了時(shí)-虛混合域的概念,即時(shí)域和虛擬域同步存在并且同步求解虛擬域姿態(tài)路徑以及時(shí)域角速度和控制力矩。進(jìn)一步地,建立時(shí)-虛混合域上非線性約束問題模型。然后,提出了時(shí)-虛混合域單點(diǎn)式非線性姿態(tài)機(jī)動(dòng)規(guī)劃方法,通過非線性參數(shù)優(yōu)化和單點(diǎn)式路徑分解置換規(guī)劃求解得到姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡以及角速度和控制力矩曲線。仿真結(jié)果表明,該方法可以高效地解決多約束姿態(tài)機(jī)動(dòng)規(guī)劃問題,有效地降低姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中的能量消耗,得到連續(xù)光滑的姿態(tài)機(jī)動(dòng)規(guī)劃結(jié)果。 

【文章來源】：宇航學(xué)報(bào). 2020,41(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

禁忌約束

強(qiáng)制約束

通過對(duì)式(18)建立的時(shí)-虛混合域上非線性約束問題的參數(shù)優(yōu)化,可以得到連接任意的起始和目標(biāo)姿態(tài)的虛擬域路徑以及時(shí)域角速度和控制力矩。如果該路徑違反指向約束,則選取約束違背路徑區(qū)域中間位置對(duì)應(yīng)的最近臨界增量節(jié)點(diǎn)[25]作為路徑分解置換節(jié)點(diǎn)。而后同樣根據(jù)式(18)依次求解各段姿態(tài)機(jī)動(dòng)。每段姿態(tài)路徑如果再次違反指向約束,則需要再次進(jìn)行單點(diǎn)式路徑分解置換。單軸禁忌約束下單次單點(diǎn)式路徑分解置換如圖3所示。圖中實(shí)線圓包圍起來的部分為禁忌區(qū)域;虛線邊界圓通過給禁忌約束增加最近臨界增量角得到;從起點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的箭頭虛線是分解置換前的路徑;從起點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的箭頭實(shí)線是分解置換后的路徑;箭頭虛線上的五角星節(jié)點(diǎn)是當(dāng)前約束違背路徑區(qū)域中間位置節(jié)點(diǎn);箭頭實(shí)線上的六角星節(jié)點(diǎn)是當(dāng)前路徑分解置換節(jié)點(diǎn)。特別地,最近臨界增量節(jié)點(diǎn)指的是在增量圓錐邊界上跟當(dāng)前位置節(jié)點(diǎn)角度距離最近的節(jié)點(diǎn)。增量圓錐通過在指向約束角的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)增量角度得到。該增量角度對(duì)于禁忌約束為正值,對(duì)于強(qiáng)制約束為負(fù)值。根據(jù)從當(dāng)前位置節(jié)點(diǎn)到最近臨界增量節(jié)點(diǎn)的歐拉旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)關(guān)系,可以得到最近臨界增量節(jié)點(diǎn)的求解方法如式(19)所示,詳細(xì)的過程可以參考文獻(xiàn)[25]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微小衛(wèi)星多約束姿態(tài)機(jī)動(dòng)規(guī)劃方法[J]. 馮振欣,郭建國,周軍.  宇航學(xué)報(bào). 2019(10)
[2]間接Legendre偽譜法的欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤[J]. 易中貴,戈新生.  宇航學(xué)報(bào). 2018(06)
[3]非凸二次約束下航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)路徑迭代規(guī)劃方法[J]. 武長青,徐瑞,朱圣英,崔平遠(yuǎn).  宇航學(xué)報(bào). 2016(06)
[4]考慮未知輸入飽和的指向約束姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制[J]. 崔祜濤,程小軍.  宇航學(xué)報(bào). 2013(03)
[5]具有非凸約束的航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)預(yù)測控制[J]. 程小軍,崔祜濤,崔平遠(yuǎn),徐瑞.  宇航學(xué)報(bào). 2011(05)
[6]基于勢函數(shù)法的航天器自主姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制[J]. 郭延寧,李傳江,馬廣富.  航空學(xué)報(bào). 2011(03)



本文編號(hào)：3266620