单轴有限推力下卫星轨道快速机动控制
胡庆雷, 姜成平, 晋小伟, 霍星
(哈尔滨工业大学 航天学院, 150001 哈尔滨)
摘要:
针对仅能提供单轴推力的卫星轨道机动的快速性问题,提出了一种利用高斯伪谱法来求解最优控制问题的方法．通过引入“虚拟卫星”的概念,将卫星轨道机动问题转化为实际卫星与虚拟卫星的软交会问题．建立了相对运动方程,以机动时间为性能指标,利用高斯伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题,避开了求解两点边值问题的困难．通过使用MATLAB优化工具箱求解得到最优轨迹．结果表明,高斯伪谱法针对多约束、非线性强耦合方程,求解速度快,精度高,对初值选取不十分敏感,寻优能力强,且具有一定的鲁棒性．
关键词: 高斯伪谱法 虚拟卫星 轨道机动 时间最优
DOI：10.11918/j.issn.0367-6234.2013.07.003
分类号:
基金项目:国家自然科学基金资助项目(2,5)；教育部新世纪优秀人才计划资助项目(NCET-11-0801); 黑龙江省青年基金资助项目(QC2012C024).
Rapid orbital maneuver control of satellite using finite single axis thruster
HU Qinglei, JIANG Chengping, JIN Xiaowei, HUO Xing
(School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, 150001 Harbin,China)
Abstract:
A Gauss pseudo-spectral method is proposed to solve optimal control problem for satellite rapid orbital maneuver, in which only one axis thruster is provided under the finite thrust. The concept of "virtual satellite" transforms the orbital maneuver of satellite into the soft rendezvous of the satellite and virtual satellite. The relative motion equations are then formulated and the maneuver time is selected as cost function for the optimal control problem, which is transformed to a nonlinear programming problem by using the Gauss pseudo-spectral method. This approach avoids the difficulties in solving boundary value problem. Finally, the optimal trajectory is solved by using MATLAB optimization toolbox. The results show that the Gauss pseudo-spectral method is very effective for solving the multiple constrained nonlinear strongly coupled equations, and it isn′t very sensitive to initial data and has certain robustness.
Key words: Gauss pseudo-spectral method virtual satellite orbital maneuver time optimal
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本站小编 哈尔滨工业大学/2019-10-24
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