北京航空航天大學鄭建英獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉北京航空航天大學申請的專利一種基于強化學習的空間光學成像編隊系統的位姿一體控制方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN117492466B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-12發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202311402346.X,技術領域涉及:G05D1/46;該發明授權一種基于強化學習的空間光學成像編隊系統的位姿一體控制方法是由鄭建英;周若丹;胡慶雷;李東禹設計研發完成,并于2023-10-26向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于強化學習的空間光學成像編隊系統的位姿一體控制方法在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于強化學習的空間光學成像編隊系統的位姿一體控制方法,首先基于代數圖論建立航天器編隊的通信拓撲關系,基于對偶代數表述航天器的位姿一體動力學模型,并依據編隊構型誤差和位姿跟蹤誤差建立航天器編隊的緊湊型動力學模型;然后,根據空間望遠鏡的成像質量的需求以及編隊系統的跟蹤誤差設計回報函數;最后,針對成像質量和構型誤差,利用在線數據設計控制器的實時參數學習律,使控制器由一個簡單的控制策略逐步提升為一個最優控制器,從而提升航天器編隊任務的執行效率。
本發明授權一種基于強化學習的空間光學成像編隊系統的位姿一體控制方法在權利要求書中公布了:1.一種基于強化學習的空間光學成像編隊系統的位姿一體控制方法,其特征在于,包括如下步驟: S1:基于代數圖論建立航天器編隊的通信拓撲關系,根據航天器編隊在位姿一體控制任務中的動力學特性,基于對偶代數,建立基于編隊構型誤差和位姿跟蹤誤差的航天器編隊六自由度機動任務的位姿一體動力學模型,包括:首先基于代數圖論設計通信拓撲圖: 設計領導者-跟隨者形式的航天器編隊構型,通信圖由和一組節點,其中為通信圖中的第個航天器,表示編隊中的航天器數量,一組邊和鄰接矩陣組成,其中表示航天器的鄰接關系;如果,則存在從第個航天器到第個航天器的通信路徑,入度矩陣定義為,其中用于構造對角矩陣,返回一個矩陣上對角線元素,表示第個航天器的入度,表示與鄰接的節點集合;跟隨者對領導者的通信權限定義為,其中表示第個跟隨者獲得領導者的信息,反之; 基于對偶代數性質,建立航天器編隊位姿緊湊形式誤差動力學方程為: (1) 其中,,,表示跟隨者航天器和的本體坐標系之間的坐標轉換矩陣,表示航天器的狀態差,上標表示本體坐標系下,分別表示航天器的控制輸入,,其中,表示相對位姿誤差,表示對偶四元數的乘法,表示對偶四元數的共軛,表示對偶四元數的交換運算,即將其實數部分和對偶部分互換,運算表示取對偶四元數的向量部分,表示跟隨者航天器和之間相對位姿偏差,表示跟隨者航天器與期望位姿的偏差,,為單位四元數;表示相對對偶角速度的跟蹤誤差,表示跟隨者航天器的對偶角速度,是航天器的對偶慣量矩陣,定義為,為單位對偶算子,為的互補算子,表示跟隨者航天器的控制力和控制力矩,控制矩陣為,非線性函數,其中: 其中,表示跟隨者航天器與期望角速度的偏差,表示跟隨者航天器和的角速度的偏差,為對偶向量的叉乘矩陣算子,; S2:根據編隊形式空間望遠鏡成像的需求,基于對偶代數,設計基于當前編隊航天器位姿的球面像差參數,將球面像差參數融入回報函數的設計中,并結合構型誤差狀態項和控制代價設計得到與任務相關的綜合回報函數; S3:結合航天器編隊系統的位姿一體動力學模型和綜合回報函數,設計基于在線強化學習的航天器編隊位姿一體控制方法。
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