运载火箭助推段轨迹优化与制导方法研究
发布时间：2022-12-07 19:19
随着航空航天技术的高速发展,小型运载火箭具有较高的军事价值和民用价值,近年来已成为国际上研究的热点。为保证运载火箭能顺利完成飞行任务,在复杂多变的飞行环境中到达完成指定的运载任务,轨迹优化和制导方法的研究显得尤为重要。本文围绕运载火箭助推段轨迹优化与制导问题展开研究,主要完成了以下几个方面的工作:首先介绍了小型运载火箭的研究背景以及轨迹优化制导的研究意义,回顾和整理了国内外已有的各种轨迹优化和制导方法的原理特点和应用实例,为本文的研究方法和应用分析提供参考。针对本次的研究对象,根据动力学原理,对其助推段飞行过程进行建模,得到相应的三自由度非线性数学方程组,为后续方法的应用仿真提供模型基础。其次研究了基于粒子群算法的火箭助推段轨迹优化。首先通过基于切比雪夫的直接打靶法将轨迹优化问题转化为非线性规划问题。再通过引入“变异”和“多策略”思想对粒子群算法进行改进,提出了一种基于差分进化算法的多策略协同进化粒子群算法,对火箭助推段进行仿真和分析,验证了改进粒子群算法优化性能更好。接着以优化得到的弹道作为标称弹道,基于滚动时域的思想,将助推段的跟踪制导转化为有限时域内一维变量滚动时域次优化问题。在...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文研究内容
1.4 论文组织结构
2 运载火箭助推段动力学建模
2.1 坐标系及转换关系介绍
2.2 标准大气模型和地球模型
2.3 火箭助推段飞行建模
2.4 本章小结
3 基于多策略PSO-DE算法的轨迹优化
3.1 前言
3.2 火箭轨迹优化问题转化
3.3 粒子群(PSO)算法
3.4 多策略PSO-DE混合算法
3.5 仿真计算与结果分析
3.6 本章小结
4 基于滚动混沌搜索法的跟踪制导律研究
4.1 前言
4.2 滚动时域法转换跟踪控制问题
4.3 滚动时域内混沌优化算法
4.4 跟踪制导算法思想和实现流程
4.5 仿真计算与结果分析
4.6 本章小结
5 基于代理模型的改进SQP法在线规划制导
5.1 前言
5.2 助推段在线规划问题描述
5.3 代理模型
5.4 序列二次规划法(SQP)
5.5 模型偏差修正
5.6 在线规划与闭环制导策略
5.7 仿真计算与结果分析
5.8 本章小结
6 总结和展望
6.1 本文工作总结
6.2 未来研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]小型运载火箭:航天发射的明日之星[J]. 张乃千. 军事文摘. 2017(21)
[2]固体小运载火箭发动机的现状及发展趋势分析[J]. 任庆华,刘双,张海龙,刘洁. 现代防御技术. 2016(05)
[3]模型预测控制系统的性能评价研究[J]. 肖振,高强,常勇. 化工自动化及仪表. 2016(07)
[4]小型运载火箭“飞天一号”亮相珠海航展[J]. 宋城. 中国设备工程. 2014(12)
[5]多级固体火箭制导方案设计与仿真[J]. 王兆宇,李新国,王晨曦. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2014(06)
[6]基于SQP法的助推-滑翔导弹助推段弹道优化[J]. 杨铮,岳瑞华,李冰,徐中英. 指挥控制与仿真. 2014(05)
[7]运载火箭轨迹预测制导方法研究[J]. 吕新广,宋征宇,巩庆海. 载人航天. 2013(06)
[8]Chebyshev局部配点法在轨迹优化中的应用[J]. 王立峰,汪洋,郭虓,赵晨,李昊. 哈尔滨工业大学学报. 2013(05)
[9]再入飞行器滚动时域轨迹混沌优化设计[J]. 孙明玮,焦纲领,陈增强. 宇航学报. 2012(12)
[10]国外固体运载火箭技术的新进展与启示[J]. 杨毅强. 固体火箭技术. 2012(05)
博士论文
[1]助推—补能滑翔飞行器参数/轨迹优化与在线制导方法研究[D]. 黄荣.哈尔滨工业大学 2016
[2]深空探测小推力轨迹优化的间接法与伪谱法研究[D]. 郭铁丁.清华大学 2012
硕士论文
[1]运载火箭上升段轨迹的AICSA-SQP混合优化方法研究[D]. 郭宇飞.西安电子科技大学 2018
[2]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
[3]基于精确控制解的运载火箭迭代制导自适应性分析研究[D]. 李伟.哈尔滨工业大学 2012
[4]约束Minimax问题一个新的超线性收敛模松弛SQP算法[D]. 胡庆娟.广西大学 2012
[5]关于序列二次规划（SQP）算法求解非线性规划问题的研究[D]. 石国春.兰州大学 2009
[6]运载火箭迭代制导方法研究[D]. 周国财.西北工业大学 2003
本文编号：3712689
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文研究内容
1.4 论文组织结构
2 运载火箭助推段动力学建模
2.1 坐标系及转换关系介绍
2.2 标准大气模型和地球模型
2.3 火箭助推段飞行建模
2.4 本章小结
3 基于多策略PSO-DE算法的轨迹优化
3.1 前言
3.2 火箭轨迹优化问题转化
3.3 粒子群(PSO)算法
3.4 多策略PSO-DE混合算法
3.5 仿真计算与结果分析
3.6 本章小结
4 基于滚动混沌搜索法的跟踪制导律研究
4.1 前言
4.2 滚动时域法转换跟踪控制问题
4.3 滚动时域内混沌优化算法
4.4 跟踪制导算法思想和实现流程
4.5 仿真计算与结果分析
4.6 本章小结
5 基于代理模型的改进SQP法在线规划制导
5.1 前言
5.2 助推段在线规划问题描述
5.3 代理模型
5.4 序列二次规划法(SQP)
5.5 模型偏差修正
5.6 在线规划与闭环制导策略
5.7 仿真计算与结果分析
5.8 本章小结
6 总结和展望
6.1 本文工作总结
6.2 未来研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]小型运载火箭:航天发射的明日之星[J]. 张乃千. 军事文摘. 2017(21)
[2]固体小运载火箭发动机的现状及发展趋势分析[J]. 任庆华,刘双,张海龙,刘洁. 现代防御技术. 2016(05)
[3]模型预测控制系统的性能评价研究[J]. 肖振,高强,常勇. 化工自动化及仪表. 2016(07)
[4]小型运载火箭“飞天一号”亮相珠海航展[J]. 宋城. 中国设备工程. 2014(12)
[5]多级固体火箭制导方案设计与仿真[J]. 王兆宇,李新国,王晨曦. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2014(06)
[6]基于SQP法的助推-滑翔导弹助推段弹道优化[J]. 杨铮,岳瑞华,李冰,徐中英. 指挥控制与仿真. 2014(05)
[7]运载火箭轨迹预测制导方法研究[J]. 吕新广,宋征宇,巩庆海. 载人航天. 2013(06)
[8]Chebyshev局部配点法在轨迹优化中的应用[J]. 王立峰,汪洋,郭虓,赵晨,李昊. 哈尔滨工业大学学报. 2013(05)
[9]再入飞行器滚动时域轨迹混沌优化设计[J]. 孙明玮,焦纲领,陈增强. 宇航学报. 2012(12)
[10]国外固体运载火箭技术的新进展与启示[J]. 杨毅强. 固体火箭技术. 2012(05)
博士论文
[1]助推—补能滑翔飞行器参数/轨迹优化与在线制导方法研究[D]. 黄荣.哈尔滨工业大学 2016
[2]深空探测小推力轨迹优化的间接法与伪谱法研究[D]. 郭铁丁.清华大学 2012
硕士论文
[1]运载火箭上升段轨迹的AICSA-SQP混合优化方法研究[D]. 郭宇飞.西安电子科技大学 2018
[2]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
[3]基于精确控制解的运载火箭迭代制导自适应性分析研究[D]. 李伟.哈尔滨工业大学 2012
[4]约束Minimax问题一个新的超线性收敛模松弛SQP算法[D]. 胡庆娟.广西大学 2012
[5]关于序列二次规划（SQP）算法求解非线性规划问题的研究[D]. 石国春.兰州大学 2009
[6]运载火箭迭代制导方法研究[D]. 周国财.西北工业大学 2003
本文编号：3712689
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