间接法在连续推力燃料最优协同交会中的应用研究

发布时间：2021-02-11 22:37

　　航天器轨迹优化是航天领域的关键技术之一,也是研究热点及难点。研究内容涉及多个学科及领域,包含航天器轨道力学、非线性系统理论、最优控制理论、数值计算与分析等。早先的研究,航天器发动机多数以脉冲推力为主,随着空间任务的复杂,连续推力发动机因其比冲大、效率高、可长时间工作等特点,获得广泛关注与应用。本文针对此类推进系统,以航天器协同交会为背景,研究基于有限连续推力的航天器燃料最优轨迹优化问题。根据庞特里亚金极值原理将燃料最优协同交会问题转化为两点边值问题（TPBVP）,利用一阶最优性必要条件推导得到航天器燃料最优控制律。为避免不连续的燃料最优bang-bang控制带来的非平滑积分问题,本文通过引入配置变量对航天器的开关序列进行人工配置,以此代替燃料最优控制律中发动机开关的最优控制。通过将不连续的最优控制方程离散化,对微分方程分段进行积分,将最优控制问题转化为高维参数优化问题,该方法属于混合法。在利用混合法进行优化仿真的过程中,针对较简单的空间机动任务,先将航天器控制策略预置为四个推力段四个滑行段。随后针对同样的空间机动任务,将航天器发动机推力减小,航天器飞行时间因此而增加,需要更多次机动来完... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．２经典轨道要素??１２??

相比前一种，这种描述方式更加直观。??经典轨道要素一般取＾?Ｄ?Ｍ六个状态变量，各参数几何意义及空间??关系如图２．２所示，图中参考平面取赤道平面，惯性坐标系０－ＸＹＺ的Ｘ轴一般??指向春分点。??经典轨道要素定位如下：半长轴ａ与偏心率ｅ共同决定轨道形状与大小，轨??道倾角／与升交点赤经Ｑ共同决定轨道面倾角及朝向，近地点幅角０决定轨道拱??线在轨道面内的指向，真近点角０决定航天器在轨道上的位置。半长轴ａ定义为??轨道长轴的一半，偏心率ｅ?＝?即焦点焦距比长轴长度，ｅｅ［０，ｌ］。ｅ?＝?０时??轨道为圆形，ｅ?＝?ｌ时为双曲线，对于椭圆轨道，０＜ｅ＜ｌ。保持半长轴不变，偏??心率ｅ越大，轨道形状越扁。轨道倾角／为升交点处由参考平面逆时针旋转至轨??道平面的角度，一般将／３９０°的轨道称为顺行轨道，／＞９０°称为逆行轨道。升??交点赤经Ｑ以参考点（春分点）起

一俯仰角和偏航角

【参考文献】：
期刊论文
[1]对接口匹配的航天器双主动最优交会研究[J]. 何兆伟,师鹏,葛冰,赵育善.  中国空间科学技术. 2011(06)
[2]连续小推力航天器的深空探测轨道优化方法综述[J]. 李俊峰,蒋方华.  力学与实践. 2011(03)
[3]解决约束优化问题的改进粒子群算法[J]. 刘衍民,隋常玲,牛奔.  计算机工程与应用. 2011(12)
[4]基于混合法和多打靶法的有限推力航天器协同交会优化(英文)[J]. 潘伟,路长厚,冯维明,陈菲.  固体火箭技术. 2010(06)
[5]量子粒子群优化算法的收敛性分析及控制参数研究[J]. 方伟,孙俊,谢振平,须文波.  物理学报. 2010(06)
[6]轨道机动的时间-能量综合最优控制[J]. 李四平,刘锦阳,国凤林,许金泉.  宇航学报. 2010(01)
[7]基于序列二次规划算法的再入轨迹优化研究[J]. 郑总准,吴浩,王永骥.  航天控制. 2009(06)
[8]有限推力航天器双主动交会的最优控制[J]. 潘伟,路长厚,冯维明,葛培琪.  固体火箭技术. 2009(04)
[9]基于序列二次规划算法的控制律寻优设计[J]. 段丽娟,吴成富,张闻乾,陈怀民.  火力与指挥控制. 2009(01)
[10]双主动交会远程导引方案建模与仿真[J]. 孙平,刘昆.  上海航天. 2007(06)

博士论文
[1]非线性系统的最优控制问题研究及其若干应用[D]. 刘熔洁.东南大学 2015

硕士论文
[1]飞行器上升段闭环制导轨迹优化[D]. 蒋正谦.上海交通大学 2013
[2]序列二次规划（SQP）算法及其在航天器追逃中的应用[D]. 罗建.哈尔滨工业大学 2012
[3]结构优化运动极限的理性估计及其应用[D]. 张爱清.北京工业大学 2007



本文编号：3029825