基于凸优化的火箭垂直返回精确着陆轨迹在线优化

发布时间：2024-12-03 21:03

　　火箭垂直回收的精确着陆段轨迹规划问题是一类含复杂非线性状态约束和控制约束的最优控制问题,此段需要满足位置精度、速度大小等约束条件,又要求在着陆瞬间的姿态必须满足严格的约束要求。考虑到火箭精确着陆段的初始位置、气动力和落点等存在较大的不确定性,要求优化轨迹的求解具有良好的实时性,现有的非线性规划方法大多不能满足实时性要求,为此,本文基于凸优化方法来研究火箭精确着陆段的轨迹优化问题,主要的研究工作如下:首先,分析火箭在垂直返回过程中的受力情况,在软着陆坐标系下推导出简化后的运动方程;分析垂直返回过程中的各种约束,确定各约束边界,建立了火箭精确着陆段轨迹优化问题的数学描述;其次,介绍凸优化的基本理论和求解工具,对火箭着陆段轨迹优化问题进行凸化处理,分别采用无损凸化、变量转换和迭代线性化等方法将原始的多约束非线性问题转化为一系列的凸优化子问题;再次,利用凸优化求解工具CVX对轨迹优化问题进行求解,采用序列凸优化的思想设计了火箭精确着陆段的求解算法,通过凸子问题的迭代优化得到满足约束要求的优化轨迹,通过仿真验证算法的有效性和实时性;最后,将前面得到的凸子问题进一步转化为二次规划问题,利用凸优化解算...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1火箭子级垂直返回段

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图1-2“新谢泼德”和“新格伦”号运载器SpaceX公司即美国太空探索技术公司成立于2002年，致力于降低空间成

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-入终于在2015年得到回报，“新谢泼德”飞行器在SpaceX公司的猎鹰－9（Falcon－9）火箭之前实现垂直返回着陆，实现里程碑式的跨越，也为后续发展计划奠定了基矗2016年9月，BlueOrigin公司公布了了其新一代垂直起降火箭NewGl....

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-6-图1-3SpaceX公司载人计划（2）国内我国一些民企也加入了追赶的队伍里，其中几家民企已经取得了不错的成绩。成立于2014年的翎客航天，是其中的代表之一，其研发的T3火箭成功实现了悬停、平移和垂直软着陆。2019年8月，翎客航天进行了新一代可....

图2-1软着陆坐标系（2）返回子级坐标系1R

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-构成右手直角坐标系。对于原场返回而言，此坐标系可由发射坐标系绕Oy轴旋转180得到，对于非原场返回而言，软着陆坐标系即为发射坐标系平移至目标着陆点得到的坐标系。图2-1软着陆坐标系（2）返回子级坐标系1R如图2-2所示，坐标系原点1o取火箭返....

本文编号：4014139