基于事件触发的航天器抓捕避障控制方法

【作者】 王小龙； 张修玮； 方群； 张震； 欧阳一农；

【机构】 西北工业大学航天学院；

【摘要】 空间失效目标和空间碎片的增多,导致地球卫星轨道资源日趋紧张,面向低速翻滚的空间非合作目标的抓捕具有极大的研究价值和应用前景,而一个好的控制策略是实现空间非合作目标抓捕的前提。为此,本文在考虑模型内部参数未知、外部干扰、安全约束、推力约束的条件下,针对近距离低速翻滚空间非合作目标抓捕问题,提出了一种基于事件触发的航天器抓捕避障控制方法。首先,建立了抓捕航天器与目标之间姿轨耦合的相对运动模型;然后,针对抓捕任务中的安全性问题,提出一种基于心形线的人工势场,其优势在于能够为抓捕者提供路径约束与安全走廊,使抓捕者沿着安全区域接近目标;同时,对于模型内部参数未知和存在外部干扰等问题,将自适应滑模控制方法与人工势场相结合,为抓捕航天器设计了一种安全鲁棒的控制律,并在在Lyapunov定义下证明了相对位置与相对姿态的稳定性与收敛性,以及任务过程中不会发生碰撞。另外,由于航天器抓捕过程中存在姿-轨耦合控制问题,并且需要处理多种约束,所以其计算量很大,而机载计算设备受限于功耗和体积,其计算资源往往是极其有限的。为此,本文提出一种用于更新控制力与力矩的事件触发方法,以减少更新控制信号对星载计算机的计算资源占用。最后,分别针对有事件触发和无事件触发两种情况进行了仿真对比分析,结果表明,两种情况下所设计的控制律都可以保证系统收敛至预定状态,但是事件触发方法在合理选取控制参数情况下可以实现在大大减少计算资源占用的同时,对最终收敛精度的影响很小。更多还原