基于邻域最优控制律的再入轨迹在线修正

发布时间：2021-10-10 21:16

　　针对再入轨迹制导中存在初始扰动的问题,提出一种基于间接Radau伪谱法的邻域最优控制律。首先,通过分段Radau伪谱法获得最优参考轨迹,利用极小值原理将轨迹跟踪问题转化为线性两点边值问题,然后通过间接Radau伪谱法在LGR离散点上求解控制量的修正值。这种方法不需积分及迭代运算,也不用求解Riccati方程,只需简单的矩阵运算。仿真结果表明,邻域最优控制律对飞行器初始状态量的较大范围偏差具有良好的鲁棒性,并且能够满足实时性的需求。 

【文章来源】：航空兵器. 2020,27(05)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

基于分段Radau伪谱法的仿真结果

为了便于比较, 令case 1和case 2分别为状态量初始扰动取最大正值和最大负值。 close 1和close 2分别为扰动case 1和case 2时采用上述邻域最优控制律求得的修正控制量。 与其对应, open 1和open 2分别为未采用邻域最优控制律求得的偏差量, 仿真结果如图2所示。close 1和close 2的偏差量最终都趋近于零。 而open 1和open 2中的偏差量均有较大值, 且有的状态量的偏差绝对值逐渐增大。 仿真结果表明, 邻域最优控制律对飞行器初始状态量的较大范围偏差具有良好的鲁棒性。

考虑到整个再入过程中高超声速飞行器的热流密度、 动压、 过载等过程约束, 分别设定Qmax=79.5 kW/m2, qmax=0.013 4 MN/m2, nmax=2.5g, 验证如图3所示。 图3中normal为初始状态量无扰动时采用文献[16]分段Radau伪谱法仿真的结果。 close 1与close 2分别为初始扰动取case 1和case 2时采用邻域最优控制律仿真的结果。 与其对应, open 1与open 2分别为未采用邻域最优控制律仿真的结果。从图3可以看出, 文献[16]方法对再入最优参考轨迹的求解是有效的。 close 1与close 2曲线表明, 存在初始状态量大范围扰动时的实际飞行轨迹满足动压、 过载、 热流等路径约束条件。 open 1与open 2曲线表明, 当不采用本文邻域最优控制律时, 热流约束超过了限制值。 仿真结果表明, 本文设计的邻域最优控制律在最优轨迹跟踪中的有效性。

【参考文献】：
期刊论文
[1]多约束多规避区全程弹道快速优化方法[J]. 赵欣,秦伟伟,张显炀,何兵,闫循良.  固体火箭技术. 2019(02)
[2]基于高斯伪谱法的二级助推战术火箭多阶段轨迹优化[J]. 刘超越,张成.  兵工学报. 2019(02)
[3]高超声速滑翔飞行器再入段闭环最优反馈制导方法[J]. 廖宇新,李军,李晓栋.  控制与信息技术. 2018(06)
[4]hp伪谱法实现滑翔飞行器姿态跟踪控制[J]. 宫梓丰,张合新,扈晓翔,吴玉彬.  电光与控制. 2019(03)
[5]基于邻域最优控制的跟踪制导律设计[J]. 李宁波,雷虎民,周觐,邵雷,王斌.  北京理工大学学报. 2018(01)
[6]高超末段机动突防/精确打击弹道建模与优化[J]. 李静琳,陈万春,闵昌万.  北京航空航天大学学报. 2018(03)
[7]复杂约束条件下再入高超声速滑翔飞行器轨迹快速优化[J]. 王路,邢清华,毛艺帆.  固体火箭技术. 2016(06)
[8]基于间接Radau伪谱法的滑翔段轨迹跟踪制导律[J]. 廖宇新,李惠峰,包为民.  宇航学报. 2015(12)
[9]Optimal trajectory and heat load analysis of different shape lifting reentry vehicles for medium range application[J]. S.Tauqeer ul Islam RIZVI,Lin-shu HE,Da-jun XU.  Defence Technology. 2015(04)



本文编号：3429169