北京控制工程研究所严晗获国家专利权
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龙图腾网获悉北京控制工程研究所申请的专利一种智能航天器集群分布式模型预测路径规划方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115755598B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-06发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211352289.4,技术领域涉及:G05B13/04;该发明授权一种智能航天器集群分布式模型预测路径规划方法是由严晗;孙栋;袁利;刘磊;汤亮;张聪设计研发完成,并于2022-10-31向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种智能航天器集群分布式模型预测路径规划方法在说明书摘要公布了:本发明提供了一种智能航天器集群分布式模型预测路径规划方法,包括以下步骤:根据航天器集群的路径规划目标确定集群中各航天器的目标轨道参数和初始轨道参数;建立航天器动力学模型,并采用状态向量描述航天器的运动状态和轨迹信息;确定各航天器路径规划的约束条件,分别构建各航天器的模型预测控制器,采用梅特罗波利斯-黑斯廷斯采样算法优化控制器参数,设定采样周期并对航天器轨道动力学模型进行离散化,将离散化的航天器轨道动力学模型作为预测模型,以目标轨道参数为控制目标,结合约束条件,对各航天器的轨迹分别进行模型预测控制。本发明解决了航天器集群在线实时生成轨迹问题,减小了计算量,提高了控制器鲁棒性。
本发明授权一种智能航天器集群分布式模型预测路径规划方法在权利要求书中公布了:1.一种智能航天器集群分布式模型预测路径规划方法,其特征在于,包括以下步骤: 1根据航天器集群的路径规划目标确定集群中各航天器从初始轨道到目标轨道的参考轨迹; 2假设各航天器只考虑重量而不考虑形状,只受中心天体引力及其推进装置产生的控制力,且中心天体为理想中心引力体,建立航天器动力学模型,并采用状态向量描述航天器的运动状态和轨迹信息; 3确定各航天器路径规划的约束条件,包括根据各航天器的位置边界约束确定各航天器的可行状态向量集合,根据各航天器的所携带的燃料限度确定各航天器的可行控制量集合,以及各航天器与航天器集群中其他航天器的安全距离约束; 4分别构建各航天器的模型预测控制器,设定采样周期并对航天器轨道动力学模型进行离散化,将离散化的航天器轨道动力学模型作为预测模型,以参考轨迹为控制目标,结合约束条件,对各航天器分别进行模型预测控制; 所述对各航天器分别进行模型预测控制,具体为:设定预测时域和控制时域,在每一采样时刻,获取航天器当前的状态向量,根据控制时域内的控制量和预测模型,对航天器在预测时域内的轨迹进行预测,结合在预测时域内的参考轨迹和约束条件,建立在预测时域内的模型预测控制优化方程,求解该优化方程,得到在控制时域内的最优控制量序列,将该序列中的第一个控制量作用于航天器; 所述模型预测控制优化方程具体为: xi,k∈Xi ui,k∈Ui sxi,k-sxj,k≥Rsafe,forj∈Ni 其中,xi,k表示航天器i在k个采样周期后的状态向量,xi,k,r表示航天器i在k个采样周期后的期望状态向量,ui,k表示航天器i在k个采样周期后的控制量,N表示预测时域所包含采样周期的数量,xi+=fxi表示离散化的航天器动力学模型,Xi表示航天器i的可行状态向量集合,Ui表示航天器i的可行控制量集合,sxi,k,sxj,k表示航天器i、j在k个采样周期后的位置信息,Rsafe表示最小安全距离,Ni表示与航天器i的距离小于警戒阈值Rwarn构成的航天器集合,Rwarn>Rsafe,半正定矩阵Q,P,R为模型预测控制器的控制器参数。
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