空间绳系机器人的多次推力逼近策略研究.pdf

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1、第29卷第8期计算机仿真2012年8月文章编号：1006—9348(2012)08—0064—04空间绳系机器人的多次推力逼近策略研究阳应权，黄攀峰，孟中杰，王明(西北工业大学航天飞行动力学技术重点实验室，陕西西安710072)摘要：针对空间绳系机器人近距离逼近问题，提出了基于时间最优的一般N次推力机动策略及算法，由演化得到的等时间N次机动模式和等速度增量N次推力机动模式，能够将多次推力机动策略中复杂的多时问变量求值问题转化为有非线性约束的最小机动时间问题，并利用基于罚函数法的遗传算法进行求解，对空间绳系机器人的近距离逼

2、近问题进行了仿真。仿真表明：一般N次推力机动策略及算法能够很好解决此类多时间变量求值问题；且不需要进行初始速度脉冲修正，相对于基于“时问倒流法”的N次推力策略和连续推力具有较小的机动时间，并在某些情形下相较于后两者以及双冲量机动具有较少的能耗或者较小的最大枧界角，为绳系机器人推动逼近设计提供了依据。关键词：时问最优；有约束非线性最优化；遗传算法中图分类号：V448文献标识码：BMulti—-thrustApproachStrategyforSpaceTetheredRobotYANGYing—quan，HUANGPan—

3、feng，MengZhong—jie，WANGMing(NationalKeyLaboratoryofAerospaceFlightDynamics，NorthwesternPolytechnica／University，Xi’anShanxi710072，China)ABSTRACT：Dealingwiththemulti—thrustapproachmaneuversforspacetetheredrobot．Firstly，astrategyofgeneralN—thrustmaneuversbasedontime

4、optimizationWaspresentedinthispaper，whichWaShandledbythege-neticalgorithmwithpenaltyfunctionandcallbeusedtoallowtheissueforsolvingcomplicatedmultipletimevariablestotransformintotheoneforconstrainednonlinearoptimization．Thenbasedonthisstrategy，tWOmodelsofN—thrustm

5、aneuversforequaltimeintervalandequalvelocityincrementCanbeestablished，meanwhiletwocasesofmulti—thrustapproachmaneuversforspacetetheredrobotweresimulatedinthispaper．Simulationresultsshowthat：thisstrategi『『，whichis110needforimpulsecorrectionoftheimtialvelocity，Cand

6、ealwiththeissueforsd访ngmultipletimevariablesverywellandhasseveraladvantagescomparedwiththeotherstrategiesofN—thrustillanenversfromthemethodof“timeback”andthecontinuous—thrustmaneuverseventhedoubleimpulsivemaneuvers．suchassmallermaneuveringtimeandlessenergyconsump

7、fionundersomesituations．KEYWORDS：Timeoptimization；ConstrainednoD]Jnearoptimization；Geneticalgorithml引言随着人类空间活动的不断增多，在轨服务如在轨维修j在轨组装、在轨燃料加注、在轨回收垃圾／报废卫星等，已得到广泛的应用，并成为空间技术发展的一个新的热点。空间绳系机器人是实现在轨服务的最佳选择，具有多方面的优点，如可以替代宇航员进行舱外工作，避免宇航员的生命危险；灵活性好，操作性强，可以迅速地部署到任务区域进行在基金项目：国

8、家自然基金资助项目(60805034，61005062)，中国博士后基金(2010471640)收稿日期：201l一10—17修圆日期：2011—11一04---——64·--——轨服务等。而空间绳系机器人能够进行在轨服务的前提是近距离机动逼近目标航天器，其近距逼近策略可以借鉴空间交会对接的研究成果，采用冲量机动、连