考慮安全性的遙操作交會(huì)共享控制方法研究.pdf

1、交會(huì)技術(shù)是進(jìn)行空間組裝、空間往返運(yùn)輸、在軌服務(wù)以及深空探測(cè)等空間活動(dòng)的支撐技術(shù)。當(dāng)前，我國(guó)載人航天器可采用自動(dòng)交會(huì)與航天員手動(dòng)交會(huì)相互備份的方式執(zhí)行交會(huì)任務(wù)；而對(duì)于無(wú)人航天器的交會(huì)，則只能依賴于自動(dòng)交會(huì)技術(shù)。因此，需要研究地面遙操作交會(huì)技術(shù)作為無(wú)人航天器自動(dòng)交會(huì)的備份。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、盘岢隽嘶赟mith預(yù)估的遙操作交會(huì)狀態(tài)預(yù)測(cè)算法：建立了時(shí)延的計(jì)算模型，分析了時(shí)延對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；引入緩沖思想，推導(dǎo)了變時(shí)延的緩

2、沖算法；基于Smith預(yù)估原理建立了遙操作交會(huì)的狀態(tài)預(yù)測(cè)模型，結(jié)合濾波算法推導(dǎo)了預(yù)測(cè)狀態(tài)的實(shí)時(shí)校正算法?；谶b操作交會(huì)仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所提出的遙操作交會(huì)狀態(tài)預(yù)測(cè)算法可有效克服時(shí)延影響，提高遙操作交會(huì)的控制性能。
　　⑵研究了遙操作交會(huì)中人的操作特性：基于遙操作交會(huì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)合人的信息處理特性，設(shè)計(jì)了任務(wù)過(guò)程中人的操作策略；基于遙操作交會(huì)中人的操作策略，建立了人的控制模型，模擬交會(huì)過(guò)程中人的操作行為；基于人在回路及人

3、控模型的仿真實(shí)驗(yàn)，研究了人的操作特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的操作策略顯著提高了遙操作交會(huì)的控制效果，可作為遙操作交會(huì)中人的基本操作規(guī)范；所建立的人控模型有效模擬了人的實(shí)際操作活動(dòng)，基于此模型分析得到的人的操作特性是準(zhǔn)確可信的。
　　⑶提出了遙操作交會(huì)的安全性動(dòng)態(tài)評(píng)估方法：考慮各種安全性影響因素，建立了遙操作交會(huì)的安全走廊，并制定了安全性準(zhǔn)則；考慮導(dǎo)航偏差和控制偏差，推導(dǎo)了遙操作交會(huì)狀態(tài)預(yù)測(cè)的偏差傳播公式；基于預(yù)測(cè)偏差散布與安全走廊

4、的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，定義了臨界安全條件，并建立了遙操作交會(huì)的安全性動(dòng)態(tài)評(píng)估模型?；谶b操作交會(huì)仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：預(yù)測(cè)偏差實(shí)時(shí)評(píng)估方法能準(zhǔn)確評(píng)估真實(shí)狀態(tài)和預(yù)測(cè)狀態(tài)之間的偏差，安全性評(píng)估模型也能準(zhǔn)確預(yù)估相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的安全狀況。
　　⑷提出了遙操作交會(huì)的人機(jī)聯(lián)合共享控制算法：設(shè)計(jì)了遙操作交會(huì)的控制模式，基于安全性評(píng)估模型建立了遙操作交會(huì)的共享控制結(jié)構(gòu)，基于人工勢(shì)場(chǎng)理論推導(dǎo)了共享控制中人工勢(shì)場(chǎng)力的計(jì)算公式；建立了推力的轉(zhuǎn)換模型，分析了由

5、于人工勢(shì)場(chǎng)力過(guò)度施加而導(dǎo)致的軌跡停滯現(xiàn)象；提出了基于九點(diǎn)控制原理的可變權(quán)重計(jì)算方法。基于遙操作交會(huì)仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：人機(jī)聯(lián)合共享控制算法能顯著提高遙操作交會(huì)的安全性，實(shí)現(xiàn)遙操作交會(huì)安全、高效的控制。
　?、上到y(tǒng)研究了遙操作交會(huì)的安全控制問(wèn)題，提出了遙操作交會(huì)的狀態(tài)預(yù)測(cè)算法，分析了遙操作交會(huì)中人的操作特性，建立了遙操作交會(huì)軌跡的安全性動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，研究了人機(jī)聯(lián)合的共享控制方法。所獲得的新方法和有用結(jié)論對(duì)遙操作交會(huì)技術(shù)研究具有較