中国空间科学技术 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (3): 169-180.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2026.0045
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伦恒鹏1,王海了1,白雪1,2,3,*,徐明1,2,3
LUN Hengpeng1,WANG Hailiao1, BAI Xue1,2,3,*,XU Ming1,2,3
摘要: 航天器大尺度相对运动的轨迹跟踪控制是当前在轨服务等空间任务中的关键问题,传统基于局部线性近似的C-W动力学模型精度不足,难以满足工程需求。针对上述问题,提出了一种Koopman一体化控制方法,将动力学建模、状态估计与闭环控制统一于Koopman算子的全局线性化框架中,在保证计算效率的同时有效提升了控制精度和性能。该方法以状态变量张量积作为基函数,利用δ内积运算对Koopman算子进行高效建模,并在此基础上结合共轭无迹变换提出一种在线状态估计方法,仅需少量样本即可实现高精度状态估计,进一步地引入Koopman模型预测控制,通过冻结控制项系数将预测控制中的非凸优化问题转化为凸规划问题,实现闭环控制输入的高效求解。数值仿真结果表明,对于大尺度相对运动轨迹跟踪控制任务,所提出的方法在保持与传统基于C-W模型控制相当计算效率的同时,将燃料消耗降低至35%,并将轨迹跟踪误差降低至传统方法的2%。此外,在近距离相对运动条件下,该方法可退化为传统C-W控制策略,体现了其一致性与通用性。上述研究为航天器大尺度相对运动轨迹跟踪问题提供了一种高效且具有工程可行性的解决方案。