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垂直起飞/垂直着陆可重复使用运载火箭后推弹道优化的凸方法。 (英语) Zbl 1464.93055号

摘要:本文提出了一种凸优化算法来解决垂直起飞/垂直着陆可重复使用运载火箭助推返回的在线轨迹优化问题。为了实现运载火箭的高精度着陆,考虑到进入精度,特别是在紧急情况下,对助推飞行阶段的弹道进行了优化。将轨迹优化问题表示为一个具有最小油耗的最优控制问题,然后将其转化为一系列凸优化子问题,可以用原对偶内点法精确快速地求解。在变换过程中,应用了flip-Radau伪谱离散化方法、无损凸化和连续凸化技术。为了以预期速度将飞行器驱动至预定的入口点,终端约束表示为助推飞行阶段终端的轨道约束。考虑到地球自转的影响,在助推飞行阶段结束时,根据时间和真实异常更新目标轨道上升节点的赤经。此外,将同伦方法应用于紧急情况下没有良好初始猜测的情况。本文提出的算法在任务变化和推力下降的仿真实验中表现良好。该凸方法具有良好的精度、较高的计算效率和良好的鲁棒性,在可重复使用的运载火箭和其他航天器上具有很大的应用潜力。

MSC公司:

93立方厘米 控制理论中的应用模型
49N90型 最优控制和微分对策的应用

软件:

CVX公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 崔,N.G。;吴,R。;魏振中。;Xu,D.F。;张,L.,垂直起飞垂直着陆可重复使用运载火箭的开发和关键技术,宇航员。系统。工程技术。,2, 2, 27-42 (2017)
[2] 刘新福;卢平;潘斌峰,航天应用凸优化综述,天体动力学,1,1,23-40(2017)
[3] Sagliano,M.,动力下降和着陆的伪谱凸优化,J.Guid。控制动态。,41, 320-334 (2017)
[4] Wang,J。;崔,N。;Wei,C.,使用凸优化和模型预测控制的最佳火箭着陆制导,J.Guid。控制动态。,1-15 (2019)
[5] 张,L。;魏,C。;吴,R。;崔,N.,VTVL可重复使用运载火箭自适应容错控制,Acta Astronaut。,159, 362-370 (2019)
[6] 魏,C。;朱,X。;吴,R。;他,Y。;Diao,Y.,基于几何和时间更新的任意迭代显式制导,用于垂直起飞/垂直着陆可重复使用运载火箭的固定推力后推,Aerosp。科学。技术。,95,第105433条pp.(2019)
[7] 查米托夫,G.E。;Saenz-Oro,A。;Katz,J.G。;乌尔里奇,S。;莫里尔,B.J。;Gibbens,P.W.,《动态环境中天基机器人的实时机动优化:理论和在轨实验》,《宇航员学报》。,142, 170-183 (2018)
[8] 李,J。;高,C。;李,C。;Jing,W.,移动质量控制技术综述,Aerosp。科学。技术。,82, 594-606 (2018)
[9] 李,C。;Xin,H。;Wang,J。;Yu,M。;Gao,X.,有向图下拓扑平衡的动态平均一致性,国际鲁棒非线性控制,293014-3026(2019)·Zbl 1418.93249号
[10] Yu,M。;Li,C.,具有时间迭代变量的离散非线性系统的鲁棒自适应迭代学习控制,(47(2017)),1737-1745
[11] 郑洁。;Chang,J。;Yang,S.,具有过渡推力夹点的TBCC驱动超音速飞行器的弹道优化,Aerosp。科学。技术。,84, 214-222 (2019)
[12] 翟,S。;Yang,J.,高超声速助推滑翔飞行器的分段解析优化上升轨道设计和鲁棒自适应有限时间跟踪控制,J.Frankl。研究所,357,9,5485-5501(2020)·兹比尔1441.93157
[13] Kluever,C.A.,《无动力可重复使用运载火箭的终端指南》,J.Guid。控制动态。,30, 1, 162-168 (2007)
[14] 卢,P。;格里芬,B.J。;Dukeman,G.A.,《快速优化多点燃烧上升规划和指导》,J.Guid。控制动态。,31, 6, 1656-1664 (2008)
[15] Cheng,L。;王,Z。;Song,Y。;Jiang,F.,使用深度神经网络对不规则小行星着陆进行实时最优控制,Acta Astronaut。(2020)
[16] Gräßlin,M.H。;Telaar,J。;Schöttle,U.M.,基于NLP方法的升空和再入制导概念,《宇航员学报》。,55, 3-9, 461-471 (2004)
[17] 刘欣,基于凸优化的自主轨迹规划,2013。
[18] Açconf kmeše,B。;Blackmore,L.,一类具有非凸控制约束的最优控制问题的无损凸化,Automatica,47,2,341-347(2011)·Zbl 1207.49036号
[19] 布莱克莫尔。;Açconf kmeše,B。;Carson,III J.M.,一类非线性最优控制问题控制约束的无损凸化,系统。控制快报,61,8,863-870(2012)·Zbl 1251.49039号
[20] 哈里斯,M.W。;Açconf kmeše,B.,状态约束线性系统非凸最优控制问题的无损凸化,Automatica,50,9,2304-2311(2014)·兹比尔1297.49045
[21] 阿基姆语,B。;Ploen S,R.,火星着陆动力下降制导的凸面编程方法,J.Guid。控制动态。,30, 5, 1353-1366 (2007)
[22] 赵德杰。;Song,Z.Y.,使用多阶段凸规划的具有航路点和无飞区约束的再入轨道优化,Acta Astronaut。,137, 60-69 (2017)
[23] 张凯。;Yang,S。;Xiong,F.,通过顺序凸规划对制导火箭的快速上升弹道进行优化,Proc。仪器机械。工程第G部分,233、13、4800-4809(2019)
[24] Yang,R。;Liu,X.,具有自由最终时间和路径约束的燃料最优动力下降制导,《宇航员学报》。,172, 70-81 (2020)
[25] Wang,J。;崔,N.,火箭着陆制导的伪谱-凸优化算法,(AIAA制导、导航和控制会议论文集(2018))
[26] Niu,Y.,约束凸优化的原对偶随机分布算法,J.Frankl。研究所,356,16,9763-9787(2019)·Zbl 1452.90245号
[27] 李,H。;张,H。;Wang,Z.,基于梯度跟踪技术的分布式一致性多智能体凸优化,J.Frankl。研究所,356,6,3733-3761(2019)·Zbl 1411.93012号
[28] 米兰达·M·F。;Leite V,J.,具有时变状态时滞的多面体离散时间系统的鲁棒镇定:凸方法,J.Frankl。研究所,348,4568-588(2011)·Zbl 1227.93106号
[29] 顾,C。;李,J。;Wu,Z.,非平衡有向图上耦合约束分布式凸优化的自适应在线学习算法,J.Frankl。研究所,356,13,7548-7570(2019)·Zbl 1418.93117号
[30] Curtis H,D.,《工科学生轨道力学》(2013),巴特沃斯·海尼曼
[31] Sun H.,可重复使用运载火箭的闭环大气内上升制导,(2005年)。
[32] Garg,D.,最优控制全球伪谱方法进展(2011),佛罗里达大学
[33] M.Grant,S.Boyd,CVX:规范凸编程的Matlab软件,2.1版。2016
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