申请/专利权人：哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院)

申请日：2023-09-21

公开（公告）日：2024-06-11

公开（公告）号：CN117262252B

主分类号：B64G1/64

分类号：B64G1/64

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.11#授权;2024.01.09#实质审查的生效;2023.12.22#公开

摘要：本发明公开了一种可实现燃料优化的航天器自主交会对接控制方法，所述方法包括如下步骤：步骤1、考虑追踪航天器运动在近圆轨道上的交会对接问题，基于CW方程建立航天器相对运动动力学方程；步骤2、考虑目标航天器发生缓慢旋转，建立目标端口运动模型；步骤3、针对航天器自主交会对接过程中的各类任务要求建立对应的任务约束；步骤4、针对步骤3中建立的视线锥约束进行优化；步骤5、设计基于变范围模型预测控制的交会对接控制器，建立相关最优控制问题；步骤6、提出交会对接任务场景下，变范围模型预测控制中最优控制问题的求解策略。本发明使交会对接过程中的燃料优化问题得到直接、有效的解决。

主权项：1.一种可实现燃料优化的航天器自主交会对接控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤1、考虑追踪航天器运动在近圆轨道上的交会对接问题，在根据追踪航天器建立的局部垂直局部水平坐标系中，基于CW方程建立如下航天器相对运动动力学方程： 其中，Fx,Fy,Fz分别为追踪航天器x、y、z方向的推力分量；ux,uy,uz表示x、y、z方向控制分量；mc表示追踪航天器质量；n表示轨道速率；步骤2、考虑目标航天器发生缓慢旋转，建立如下目标端口运动模型： 其中，表示任意时刻对接端口的相对位置，相对速度表示任意时刻对接端口的相对速度；ωt表示目标航天器端口实时角速度；通过对pd、vd进行采样得到对接点的状态向量 其中，分别代表k时刻端口相对位置及相对速度，τs代表采样周期；步骤3、针对航天器自主交会对接过程中的各类任务要求建立对应的任务约束，其中：推力约束为：||U||∞≤umax；其中，umax为追踪航天器单一方向上能够输出的最大加速度；软对接约束为： 视线锥约束为： 其中，α表示圆锥半角，表示对接轴单位方向向量；步骤4、针对步骤3中建立的视线锥约束进行优化，优化后的视线锥形式如下： 其中，Rk为旋转矩阵；步骤5、针对步骤1、步骤2、步骤3和步骤4中设计的运动模型和各项约束，设计基于变范围模型预测控制的交会对接控制器，建立相关最优控制问题，最优控制问题如下： 其中，γ＞0表示燃料消耗项权重，表示自然数集，N代表预测范围；步骤6、针对步骤5，提出交会对接任务场景下，变范围模型预测控制中最优控制问题的求解策略，所述求解策略为：在控制过程中的任意采样时刻，将求解最优控制问题的搜索区间上、下界进行收缩，并基于收缩后的区间使用黄金分割搜索法进行最优控制问题的求解。

全文数据：

权利要求：

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