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原文传递一种跳跃式再入轨迹的高精度优化方法

专利名称：	一种跳跃式再入轨迹的高精度优化方法
摘要：	本发明公开了一种跳跃式再入轨迹的高精度优化方法，属于飞行器设计技术领域。该方法首先对跳跃式再入轨迹进行整体优化，得到最优控制变量，然后根据优化得到的控制变量积分再入动力学方程，当积分到椭圆轨迹的最高点时，对二次再入轨迹进行重新优化。本发明通过在跳跃式再入轨迹的椭圆轨迹最高点引入二次优化策略，降低了二次再入轨迹对首次再入轨迹的误差的敏感性，使得轨迹的终端约束得到精确满足。另外，该方法在二次优化期间可以继续为飞行器提供控制指令，这种准在线优化策略使得方法具有工程适用价值。本发明给出的方法可用于深空探测飞行器跳跃式再入轨迹优化设计和制导控制等领域。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	赵吉松;胥标;龚柏春;张汉青;李爽
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910534506.3
公开号：	CN110304278A
代理机构：	江苏圣典律师事务所
代理人：	王慧颖
分类号：	B64G1/24(2006.01);B;B64;B64G;B64G1
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种跳跃式再入轨迹的高精度优化方法，其特征在于，所述的方法具体步骤为：步骤一、将跳跃式再入轨迹优化问题描述为最优控制问题；步骤二、对跳跃式再入轨迹进行整体优化，得到最优控制变量，即应用常规轨迹优化方法求解步骤一中的跳跃式再入轨迹优化问题，得到离散形式的最优控制变量u1(ti)，其中ti为离散时间节点；步骤三、根据步骤二优化得到的离散形式的最优控制变量积分再入动力学方程，当积分到跳跃式再入轨迹的椭圆轨迹的最高点时，以积分得到的状态变量作为新的初始条件，对二次再入轨迹进行重新优化。 2.根据权利要求1所述的一种跳跃式再入轨迹的高精度优化方法，其特征在于，所述的步骤一为将跳跃式再入轨迹优化问题描述成Bolza形式的最优控制问题，具体如下：状态方程：路径约束： C(x(t),u(t),t)≤0,t∈[t0,tf] (2) 端点约束： E(x(t0),t0,x(tf),tf)＝0 (3) 目标函数：其中：t为时间，x为状态变量，u为控制变量，f为状态方程函数，C为路径约束函数，E为端点约束函数，J为目标函数，M为目标函数的Mayer项，L目标函数的Lagrange项，t0为初始时间，tf为终端时间，t0和x(t0)均为已知量。 3.根据权利要求1所述的一种跳跃式再入轨迹的高精度优化方法，其特征在于，所述的步骤三为： 3.1，以t0和x(t0)为初始条件，根据u1(ti)插值构造连续控制变量，采用数值积分方法积分状态方程(1)至跳跃式再入轨迹的椭圆轨迹的最高点，得到椭圆轨迹最高点对应的状态变量x1，f和时刻t1,f； 3.2，以t1,f和x1，f为新的初始条件，其它条件不变，对从椭圆轨迹最高点开始的二次再入轨迹重新优化，即二次优化，优化需要的初值由步骤二中得到的最优轨迹通过插值提供，得到新的离散最优控制变量u2(ti)和终端时刻t2,f，记下二次优化消耗的计算时间为Δt，其中ti为离散节点； 3.3，从椭圆轨迹的最高点开始，以x1，f为初始条件，根据u1(ti)插值构造连续控制变量，继续积分状态方程(1)至t1,f+Δt，得到状态变量为x2，1； 3.4，以t1,f+Δt和x2，1为初始条件，根据u2(ti)插值构造新的连续控制变量，采用数值方法继续积分状态方程(1)至新的终端时刻t2,f； 3.5，将3.1、3.3和3.4中采用数值积分得到的三段轨迹，包括积分采用的控制变,组合在一起，得到最优跳跃式再入轨迹和相应控制变量。 4.根据权利要求1所述的一种跳跃式再入轨迹的高精度优化方法，其特征在于，所述的步骤二中的常规轨迹优化方法包括局部配点法、伪谱法、直接打靶法，以及节点自适应技术与常规轨迹优化方法的组合得到的新方法。
所属类别：	发明专利