在突发威胁下，用于遥控飞行器（RLV）的反应式轨迹规划与固定时间跟踪控制

《IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems》：Reactive Trajectory Planning and Fixed-Time Tracking Control for RLV Under Sudden Threats

针对可重复使用火箭在密集轨道环境中面临突发威胁时的安全避障问题，提出结合反应式路径规划与固定时间跟踪控制的解决方案。通过人工势场法构建干扰流场，设计变增益策略克服输入饱和约束，并采用固定时间扰动观测器和辅助系统实现精准轨迹跟踪，仿真验证系统有效性和鲁棒性。

　　

摘要：

本文探讨了在密集的轨道环境中运行的可重复使用运载火箭（RLVs）在面临突然威胁时的安全障碍规避问题。这类威胁要求快速进行反应性规避动作；然而，执行器输入饱和限制了机动性，而外部干扰则降低了轨迹跟踪精度并危及系统稳定性。这些挑战使得传统方法失效。为了解决这些问题，本文提出了一种结合反应性障碍规避轨迹规划与固定时间跟踪控制的综合解决方案。在规划阶段，通过利用人工势场（APF）方法生成的吸引势场的负梯度来引导干扰流体动力学系统（IFDS），构建了一个适应突然威胁的初始流场。此外，为了解决在快速生成可行的障碍规避轨迹过程中输入饱和的限制问题，设计了一种受限变增益策略，以确保在饱和条件下仍能高效地进行路径规划。在控制阶段，为了消除外部干扰和输入饱和对精确跟踪和系统性能的双重影响，开发了固定时间干扰观测器和固定时间抗饱和辅助系统，以实现准确的干扰估计和饱和缓解。在此基础上，设计了一种基于非奇异终端滑模的固定时间轨迹跟踪控制器，以确保在干扰和饱和条件下能够快速、精确地进行轨迹跟踪。仿真结果表明，所提出的闭环系统能够在轨道空间的密集环境中有效规划并跟踪安全路径，并且对执行器饱和和外部干扰具有鲁棒的性能。