›› 2012, Vol. 32 ›› Issue (5): 1-8.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2012.05.001

• 研究探讨 •    下一篇

航天器规避动态障碍物的自适应人工势函数制导

 高鹏1,2, 罗建军1,2   

  1. (1 西北工业大学航天学院,西安 710072) (2 航天飞行动力学技术重点实验室,西安 710072)
  • 收稿日期:2011-10-20 修回日期:2012-10-25 出版日期:2012-10-25 发布日期:2012-10-25
  • 作者简介:高 鹏 1986年生,2009年毕业于西北工业大学飞行器设计与工程专业,现为西北工业大学飞行器设计专业硕士研究生。研究方向为飞行动力学与控制。 罗建军 1965年出生,1999年获西北工业大学飞行器设计专业博士学位,教授,博士生导师。主要研究方向为航天动力学与控制、组合导航与制导。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(11072194)资助项目

Adaptive Artificial Potential Function Guidance for Dynamic Obstacle Avoidance of Spacecraft

 GAO  Peng1,2, LUO  Jian-Jun1,2   

  1. (1SchoolofAstronautics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an710072)
    (2ScienceandTechnologyonAerospaceFlightDynamicsLaboratory,Xi′an710072)
  • Received:2011-10-20 Revised:2012-10-25 Online:2012-10-25 Published:2012-10-25

摘要: 针对航天器近距离操作中的动态障碍物规避问题,研究了一种燃料较省、精度较高的规避动态障碍物的自适应人工势函数制导方法。首先,对于引入高斯函数形式斥力势会使势函数在收敛点处的值不为零的情况,对斥力势乘以修正项,使得在收敛点的势能为零,消除了平衡点的偏离;在规避静态障碍物的基础上,研究了规避动态障碍物的人工势函数制导。其次,根据速度与引力梯度之间的关系,设计负反馈,使引力势梯度“适应”速度的变化,研究了规避动态障碍物的自适应人工势函数制导。最后,采用精确的数学模型进行数值仿真,验证所设计的制导律的正确性和有效性,并与传统的人工势函数制导对比。仿真结果表明:采用修正势函数提高了收敛精度;自适应人工势函数制导控制脉冲作用施加更加合理,相比人工势函数而言,总速度脉冲消耗可节省30%,精度提高两个数量级。

关键词: 人工势函数, 制导, 动态障碍物, 自适应, 航天器

Abstract: Toavoidthedynamicobstaclesduringspacecraftautonomousproximityoperations,afuelsavingandhighaccuracyadaptiveartificialpotentialfunctionguidancemethodfordynamicobstaclesavoidancewaspresented.AsforthesituationthattheGaussianrepulsivepotentialfunctionwasnonzeroatthedesiredposition,acorrectiontermwasmultipliedtoeliminate deviationfromtheequilibriumpoint.Theguidancelawofavoidingdynamicobstacleswasdeducedbasedonthatofthestaticobstaclesavoidance.Then,accordingtotherelationshipbetweenvelocityandgravitygradient,thenegativefeedbackcontrolwasdesignedtomakethegravitygradientadapttothevarianceofvelocity,andtheadaptiveartificialpotentialfunctionguidancelawfordynamicobstaclesavoidancewasobtainedeventually.Toverifythecorrectnessandeffectivenessoftheguidancelaw,aseriesofnumericalsimulationsusingtheprecisemathematicalmodelwerecarriedout.Thesimulationresultsshowthatthecorrectedpotentialfunctioncaneffectivelyimprovetheconvergentprecision;andtheadaptiveartificialpotentialfunctionguidancelawmakesthecontrolpulsesmorereasonable,withsaving30%ofthetotaldeltaV,andistwodegreesmoreaccuratethanthetraditionalartificialpotentialfunctionguidancelaw.

Key words: Artificial potential function, Guidance, Dynamic obstacles, Adaptive, Spacecraft