火箭垂直回收多阶段最优轨迹规划方法

论文摘要

针对火箭高空再入定点回收,基于凸优化方法提出一种考虑气动力和推力控制的多阶段轨迹优化方法。在气动减速段,通过控制总攻角,实现气动升力和阻力的调制。由于气动力连续变化,使用Legendre-Gauss-Radau伪谱离散方法进行离散化,利用较少的离散点实现较高的数值精度。在动力减速段,推力矢量为控制变量。由于推力调节可能出现不连续,采用等距离散方法进行离散。在此基础上,将发动机开、关机时间也作为优化变量,并考虑各种约束,构建了多阶段离散最优控制模型。使用无损凸化方法对升力约束和推力约束进行松弛,并通过逐次凸化消除由气动力、自由时间变量以及质量引入的非凸约束,最终将问题描述为序列迭代求解的二阶锥规划问题（SOCP）。通过仿真校验,经过少量的逐次凸化迭代,可快速收敛到最优解,且落点调节范围更大,燃料更省。

论文目录

• 0 引 言
• 1 模型建立
• 2 多阶段离散优化模型
•   2.1 气动减速段
•   2.2 动力着陆段
•   2.3 最优控制问题模型
• 3 问题的凸化
•   3.1 无损凸化
•   3.2 逐次凸化
•     1)动力学方程约束线性化
•     2)信赖域约束
•     3)松弛
• 4 无损凸化的最优控制问题及其求解
•   4.1 无损凸化以后的优化问题
•   4.2 以射程为性能指标的凸优化问题
•   4.3 问题求解过程
• 5 仿真校验
•   5.1 无升力算例
•   5.2 气动升力作为控制量仿真算例
•   5.3 升力对射程调制对比
• 6 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 邵楠,闫晓东

关键词: 垂直着陆,凸优化,二阶锥规划,伪谱离散,多阶段轨迹优化

来源: 宇航学报 2019年10期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑

专业: 航空航天科学与工程

单位: 西北工业大学航天学院

分类号: V448.1;V525

页码: 1187-1196

总页数: 10

文件大小: 1741K

下载量: 268