孙兆博1,丁学良2,吴宝林1,刘阳1,陈俊宇1
摘要: 对于大规模航天器集群的无碰撞构型控制任务,亟需快速生成安全的无碰撞转移轨迹。然而,直接求解包含复杂约束的轨迹规划问题很有挑战,尤其在集群成员数量较多的情况下,涉及碰撞规避约束的轨迹优化问题,其约束数量将随成员数量增长呈指数级增长。为此,本文提出了一种基于虚拟力场的直接轨迹优化算法。该算法通过设计具有共识性的虚拟力场,在空间几何层面对集群航天器的离散轨迹进行调整与优化,并结合航天器相对动力学的微分平坦特性,直接生成连续控制轨迹,从而避免了使用优化求解器处理复杂轨迹规划问题的需求。该方法的计算复杂度不受航天器集群规模的影响,能够通过虚拟力场的迭代过程生成近似最优、无碰撞风险的转移轨迹,克服了传统分布式轨迹优化算法中需频繁通信的缺点。此外,虚拟力场的生成过程具备解析形式,且满足共识性要求。与传统轨迹规划算法相比,该方法显著降低了计算资源消耗,同时确保了转移轨迹的近似最优性。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。
中图分类号: