利用高斯伪谱法求解升力航天器最优再入轨迹

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RLV应急再入轨迹规划问题的动态伪谱法求解

RLV应急再入轨迹规划问题的动态伪谱法求解

RLV应急再入轨迹规划问题的动态伪谱法求解
呼卫军;周军;常晶;卢青
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2015(036)011
【摘要】针对可重复使用运载器(RLV)的应急轨迹规划问题,提出了动态伪谱法,实现了目标变更与能力下降情况下的轨迹重构.该方法将应急轨道规划问题转换为动态全局规划问题,基于Legendre-Gauss-Lobatto伪谱法进行了连续最优问题的离散化处理,推导了连续Bolza问题与离散化谱方法的一致性,并基于拉格朗日算子进行了性能指标优化.考虑到非连续最优解的收敛困难,给出了高效的初始配点和动态规划算法.最终的仿真结果表明所提出方法可有效实现再入轨迹重构,适应气动力系统20%的拉偏,且终端约束精度小于10 m.
【总页数】7页(P1255-1261)
【作者】呼卫军;周军;常晶;卢青
【作者单位】西北工业大学精确制导与控制研究所,西安710072;西北工业大学精确制导与控制研究所,西安710072;西北工业大学精确制导与控制研究所,西安710072;西北工业大学精确制导与控制研究所,西安710072
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.一种新型RLV再入轨迹在线规划方法 [J], 沈振;胡钰;任章;宋剑爽
2.基于正交试验的RLV再入轨迹参数灵敏度分析 [J], 李洋;高祥武;郑宏涛;李永远
3.利用高斯伪谱法求解升力航天器最优再入轨迹 [J], 周文雅;杨涤;李顺利
4.利用高斯伪谱法求解具有最大横程的再入轨迹 [J], 周文雅;杨涤;李顺利
5.变信赖域序列凸规划RLV再入轨迹在线重构 [J], 宗群; 李智禹; 叶林奇; 田栢苓因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

基于Gauss伪谱法和直接打靶法结合的月球定点着陆轨道优化

基于Gauss伪谱法和直接打靶法结合的月球定点着陆轨道优化

( )
、 和w 。 ( 10 ) 式, v 联立( 1 ) ~ ( 8 ) 、 求解可得 u 为提高优化问题的求解效率, 对动力学方程 进行无量纲化, 其中无量纲月心距 r、 速度 V、 时间 t、 、 T m 地球自转角速度 ω 推力 和质量 的无量纲
· 120·
国防科技大学学报
第 34 卷
为一个终端积分变量固定的最优控制问题 , 计算 , , 量虽小 但求解过程较为繁琐 且由于离散点较 6] 少, 求解精度不高。文献[ 直接利用 Gauss 伪谱 法进行求解, 虽然计算速度快, 但要得到高精度 往往需要选择大量高斯点, 这对求解复杂模型 解, 及强约束下的最优轨道往往很难收敛 。
Lunar exactlanding trajectory optimization via the method combining GPM with direct shooting method
PENG Qibo1,2 ,LI Haiyang1 ,SHEN Hongxin1,2 ,TANG Guojin1
第 34 卷 第 2 期 2012 年 4 月
国 防 科 技 大 学 学 报 JOURNAL OF NATIONAL UNIVERSITY OF DEFENSE TECHNOLOGY
Vol. 34 No. 2 Apr. 2012
基于 Gauss 伪谱法和直接打靶法结合的月球定点着陆轨道优化
彭祺擘
1, 2 1 1, 2 1 , 李海阳 , 沈红新 , 唐国金
[
]
+ M1 ( 180° - γ) 0 0
[

dφ dt
] + [ - ddγ t
T
0 0
]

基于改进hp自适应伪谱法的高超声速飞行器上升段轨迹规划

基于改进hp自适应伪谱法的高超声速飞行器上升段轨迹规划

该算法将轨迹划分为多个子 区间, 采用双层优化策略迭代调整子区间个数和区间内的配点数。首先, 以微 分一 代数 约束在 采样点处 的相 对误差作 为解 的误 差评估 准 则 ; 在 需要提 高精 度 的 区间, 将 相对 误
差作 为迭代判据 , 若通过相对 误 差求得 的 多项 式 阶数 小 于允许 的 最 大阶数 , 增加 区间 内的配 点数 ( P
第5 期
刘 瑞帆 , 等: 基于改进 h p自 适应 伪谱 法的高超声速飞行器上升段轨迹规划
・ 7 9 1 ・
段 的动 力学 方程 如 下
dV Pc o s a — ‘D
- __
 ̄s i n0
‘_ _。 ・ H- ・h ・ 。・ 。_ __ __ _ __ __ __ _。 一
优 化 方 法 分 为 直 接 法 和 间 接 法 ,间 接 法 基 于
格细化算法 , 在非光滑区域加密 网格以提高求解精 度, 能够有效控制问题规模 , 但失去了全局快速收敛 的优势。D a r b y 等¨ 列首次提 出 h p自适 应伪谱法
并将其应用到最优控制 问题上 , 该方法汲取 了全局 伪谱法和网格细分法的优点 , 采用双层优化策略, 具 有更合理的配点分布 , 从而提高了算法的优化效率。
1 . 1 动 力 学模型 仅 考 虑 飞行 器 在纵 向平 面 内的质 心 运 动 , 忽 略
解精度下降 , 运 用效果不理想 J 。J i a n g Z h a o等 通 过分段 优化 以改 善 轨 迹 的非 光滑 特 性 , 然 而 在 解
出最优轨迹之 前难以确定要分多少段 以及 在哪分 段。赵吉松等¨ 。 。 “ 基 于局部 配点法提 出 自适 应 网
法) ; 否则, 细化时间区间( h法) 来提高求解精度。仿真结果表 明, 相较 于 h方法和 P方法, 文中的算

复杂约束条件下再入高超声速滑翔飞行器轨迹快速优化

复杂约束条件下再入高超声速滑翔飞行器轨迹快速优化

复杂约束条件下再入高超声速滑翔飞行器轨迹快速优化王路;邢清华;毛艺帆【期刊名称】《固体火箭技术》【年(卷),期】2016(039)006【摘要】作为直接法的典型代表,高斯伪谱方法在处理复杂约束条件(含路径点或禁飞区约束)下再入高超声速滑翔飞行器轨迹优化问题时,仅能保证所得轨迹在各高斯节点处严格满足各项约束,而节点之间轨迹的可行性无法保证,为解决这一问题,文章提出改进多阶段高斯伪谱方法.该方法首先使用新定义的两类节点(固定节点和虚拟节点)将轨迹分段,其中固定节点是用来保证路径点与高斯节点重合,虚拟节点则是用来保证禁飞区附近分布更多的高斯节点,此分段方式能保证所得轨迹在任意位置可行;然后,向各分段轨迹插入指定数目的高斯节点;最后,使用序列二次规划方法对此多阶段轨迹优化模型进行求解.仿真结果表明,改进多阶段高斯伪谱方法在处理复杂约束条件下再入高超声速滑翔飞行器轨迹优化问题时快速有效.【总页数】9页(P839-846,862)【作者】王路;邢清华;毛艺帆【作者单位】空军工程大学防空反导学院,西安710051;空军工程大学防空反导学院,西安710051;空军工程大学防空反导学院,西安710051【正文语种】中文【中图分类】V448.2【相关文献】1.高超声速滑翔式飞行器再入轨迹多目标多约束优化 [J], 陈小庆;侯中喜;刘建霞2.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3.复杂约束条件下高超声速飞行器再入轨迹优化 [J], 张合新;宫梓丰;蔡光斌;宋睿4.复杂约束条件下高超声速飞行器再入轨迹优化 [J], 张合新;宫梓丰;蔡光斌;宋睿;5.高超声速滑翔飞行器再入轨迹快速、高精度优化 [J], 赵吉松; 张建宏; 李爽因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

基于伪谱法的亚轨道飞行器返回轨迹优化设计

基于伪谱法的亚轨道飞行器返回轨迹优化设计

E 一 R 寺 ( . 一a i d )

( 8 )
t:

(7 1)
式中, R 表示地球半径 。该式定义 了地面上的势能 为0 。对能量求导得
E : d 皇 V . +g ., e

厶( ) i=0 1 ・ , 定义为 .( r ,,” Ⅳ)
近似
建能态微分方程 , 将终端时间 自由的优化 问题转化
为 固定 积分 区间 的优 化 问题 。 定义 能量 的表 达式 为

() . r
()=∑ ( ) () ( ) r .厶 . r r 1 6

此处 , r∈[ ,] 一1 1 为多项式定义域 , 该定义域与积 分 时 间存 在如 下变 换关 系
较 好完成亚轨道 飞行 器的返 回轨 迹的优化设计任务 。 关 键 词: 迹, 轨 优化 , 亚轨 道 飞行 器 , 回轨 迹 ; 返 伪谱 法 中图分 类号 :42 V Nhomakorabea 一
文献标 识码 : A
文章 编号 :0025 (00 0 -780 10 -7 8 2 1 )50 4 -5
直 以来 , 回轨 迹 的 分 析 与设 计 是 航 天器 再 返
收稿 日期 :0 9 91 20 - —7 0 作者简介 : 闰晓东 (9 1 , 18 一) 西北工 业大学讲师 , 主要从事飞行动力学与制导控制的研究 。
行器相对地球速度 , 为速度倾角 , y 为速度方位角 , 0 表示正北方 向, 为速度倾斜角。 、 o r D 分别表
第5 期
人返 回制导领 域研究 的重 点 。对 于亚轨 道飞行 器而
法可以较好完成亚轨道飞行器的返回轨迹的优化设 计 任务 。

高超声速飞行器多约束再入滑翔机动弹道优化设计

高超声速飞行器多约束再入滑翔机动弹道优化设计

(6)
式中 LVf 表示指定航程;Hf 为终端高度;λf 和ψf 分别 为终端目标的经度和纬度;θf 为指定终端路径角;Vf 为终端速度。
为满足末制导阶段初始条件,需要对滑翔飞行的
终端高度和速度进行约束,本文假设高度约束为 35 km 以上,速度约束为 3 km/s。 1.3.3 路径约束
a)物理量约束。
收稿日期:2016-07-08;修回日期:2017-01-10 作者简介:刘晓慧(1991-),女,硕士研究生,主要研究方向为高超声速飞行器总体技术
第2期
刘晓慧等 高超声速飞行器多约束再入滑翔机动弹道优化设计
7
在实际任务中,飞行器往往需要经过特定任务路 径点并顺利避开敌方拦截或勿入区域。因此,除了典 型的热流密度、气动过载、动压、终端条件等约束外, 还要考虑路径点和禁飞区约束,这给传统的 GPM 求解 带来一定难度:
D 为飞行器气动阻力,D = 0.5ρV2SmCD;L 为飞行器气动 升力,L = 0.5ρV2SmCL;Sm 为飞行器参考面积,Sm = 0.48 m2; θ 为飞行路径角;ϕ 为飞行航向角(定义从北向南顺时
针方向为正);β 为飞行倾侧角;λ和ψ 分别为地球经度
和纬度;H 为飞行高度;Re 为标准地球平均半径, Re = 6 478 km;r 为飞行器到地心的径向距离,r = H+Re;
载,nmax = 4g;qmax 为最大动压,qmax = 40 kPa。
b)路径点约束。
设飞行器在时刻 ti 到达第 i 个路径点时的坐标为
(x(ti), y(ti)),指定路径点的坐标为(xi, yi),则约束方程 为[11]
N
(x(ti ), ti
i=1,2,",I

基于guass伪谱法的多无人机无冲突路径优化


1.2确定分类变量
于 空空
无人机路 优化
,考
在 空间 境 飞行姿态
程的进
行而变化,根据无人机动力学方程组(1),(个状
态变量分别为经度I、纬度y、高度z、航迹角/、偏
转角+、速度V,故状态变量为
I = Lx,y,z,/,+,V*
(2)
无人机在飞行过程中,通过调节推力T和通
过控制舵面的变化来改变倾斜角,,同时升力L
第2期
赵帅,等:基于Guass伪谱法的多无人机无冲突路径优化
-275 -
的轨迹优化问题,大多数学者通过对目标函数或 者约束条件进行分类精细讨论.本文在路径优化 算法的基础上,考虑实际飞行情况,建立低空空域 模拟规划空间,讨论三维空间下多无人机在低空 空域有冲突风险时的路径优化.通过对无人机建 立各自的安全保护区,结合无人机自身性能及其 他约束,基于Gauss伪谱法对存在冲突风险的无人 机进行调配,给出在线调整高度的路径优化策略.
1多无人机路径优化模型
1.1动力学模型 无人机在飞行过程中会涉及到很多因素,包
括空气动力学、流体力学、升力、空气阻力、姿态角 度的变化等,是一个综合复杂的非线性系统.本文 考虑一定情况下的过程简化,采用三自由度点质 量模型用于描述无人机的动态特性,无人机在三
空间 的飞行 态
I = Vcos /cos + y = Vcos /sin + z = Vsin /
/ = g(ncos,— cos /"
(1)
•— gn sin , + Vcos /
P T—D
.
m
式中i,y,z分别为无人机在飞行环境中的经度,
纬度,高度坐标;/为航迹角;+为偏转角;,为倾

采用伪谱法的再入飞行器最优反馈制导方法

采用伪谱法的再入飞行器最优反馈制导方法
崔锋
【期刊名称】《机械设计与制造工程》
【年(卷),期】2011(040)019
【摘要】将伪谱最优反馈控制理论应用于再入飞行器制导研究,使用伪谱法进行在线轨道重构,实时反馈更新当前轨道控制量迎角和倾斜角,达到实时最优反馈制导的目的,并采用无量纲化、弹性约束和自适应反馈更新等策略保证算法的实时性.再入飞行仿真表明,轨道重构可以满足实时性要求,阵风干扰下飞行器能达到所要求的终端约束条件,并且制导指令不会出现增加控制难度的抖动现象.
【总页数】5页(P42-45,56)
【作者】崔锋
【作者单位】上海飞机设计研究院,上海200232
【正文语种】中文
【中图分类】V412.4
【相关文献】
1.采用PWPF调节器的再入飞行器最优控制分配方法 [J], 王涛;曹晓瑞;张洪波;汤国建
2.基于伪谱法的固定采样实时最优制导方法研究 [J], 王丽英;张友安
3.基于Gauss伪谱法的制导炸弹最优弹道研究 [J], 庞威;谢晓方;孙涛;郑力会;孙海文
4.基于Legendre伪谱法的远程最优拦截初制导方法 [J], 谭丽芬;闫野;周英;唐国

5.采用伪谱法的再入飞行器最优反馈制导方法 [J], 崔锋
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复杂约束下飞行器轨迹快速优化设计


申请学位级别: 工学硕士 学 科 、 专 业: 控制科学与工程 所 在 单 位: 控制理论与制导技术研究中心 答 辩 日 期: 2010 年 7 月 授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:TP273 U.D.C.: 681.52
Dissertation for the Master Degree in Engineering
RAPID TRAJECTORY OPTIMIZATION FOR FLIGHT VEHICLES WITH COMPLEX CONSTRAINTS
Candidate: Supervisor: Deputy Supervisor: Academic Degree Applied for: Specialty: Date of Oral Examination: University:
Xia Meng Prof. Duan Guangren Jiang Canghua Master of Engineering Control Science and Engineering July, 2010 Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
-I-
哈尔滨工业大学工学硕 thesis aims to optimize the reentry trajectory for a new style of glide-reentry vehicles in the phase of scheme design. In the reentry process of such vehicles, the range of altitude and velocity is very large and the strict constraints in heating protection and overload, as well as the high sensitivity to the control variables for the hypersonic reentry trajectory bring the challenge of this research. Rapid trajectory optimization can handle emergency easily and therefore is of great research value. The main work of this thesis can be described as follows: At first, longitudinal point-mass dynamics of a flight vehicle are derived based on some assumptions. Then, lift and drag models are built according to the data of some Common Aero Vehicle. After that, we analyze the constraints of overload and heating rate which must be considered in the reentry process. At last, an optimal control problem is formulated to maximize the flight range based on a dimensionless model description. In the second place, we discuss the similarity and difference of several pseudospectral methods based on Legendre polynomials. According to the practical problem we are trying to solve, we focus on the principles of Legendre pseudospectral method and how to solve an optimal control problem using this method. Furthermore, the trajectory optimization problem we obtained before is transformed to a normalized nonlinear programming problem through the Legendre pseudospectral method. We use MATLAB as a powerful tool to solve the constrained nonlinear programming problem, which applies the Sequential Quadratic Programming when solving medium-scale problems. Simulations demonstrate the effectiveness of this algorithm. Some preliminary analysis is presented too. Finally, we optimize the multiple-stage reentry trajectory in order to increase the accuracy while not to increase unnecessary computational burden. The original trajectory is segmented at some points with specific energy. By comparing trajectories without segments, trajectories with two segments and trajectories with three segments, conclusion can be drawn that multiple-stage optimization can increase the flight range with high computation efficiency and precision. Keywords:trajectory optimization; optimal control; Legendre pseudospectral method; reentry; hypersonic vehicle

基于伪谱方法的可重复使用运载器轨迹设计


DO F e n t r y t r a j e c t o r y o p t i mi z a t i o n p r o b l e m t o n o n l i n e a r p r o g r a mmi n g p r o b l e m, a n d s t a t e v a r i a b l e s a n d c o n t r o l v a r i a b l e s o f Ga u s s
n o d e we r e s e l e c t e d a s、 o p t i ma l p a r a me t e r s .Th e p a t h c o n s t r a i n t s i n c l u d e t h e h e a t lu f x p e a k o n s t a g n a t i o n p o i n t ,ma x i mu m d y n a mi c p r e s s u r e , o v e r l o a d nd a c o n t r o l v a r i a b l e s c o n s t r a i n t s . Th e t e r mi n a l c o n s t r a i n t s i n c l u d e t h e v e h i c l e ’ S h e i g h t a n d v e l o c i t y .
A b s t r a c t : T o o b t a i n t h e r e e n t r y t r a j e c t o y r wi t h mi n i mu m t o t a l h e a t a b s o r p t i o n a n d wh i c h s a t i s i f e d wi t h p a t h c o n s t r a i n t s a n d t e r mi n a l c o n s t r a i n t s f o r R e u s a b l e L a u n c h V e h i c l e s ( R L V) , t h e Ga u s s P s e u d o - s p e c t r a l Me t h o d( G P M) wa s a p p l i e d t o c o n v e r t 3
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约束和 终端 约束 条件 下的 总吸热 量 最小再入 轨迹 。其 中, 径约 束 包括 驻 点热流峰 值 约束 和 最 路
大动压 约束 ; 终端 约束 为 高度 和位 置 。选取 优 化控 制 变量 为迎 角和 倾 斜 角 。仿 真结 果表 明 , 高 斯 伪谱 法 能够快速 优化 出满足 以上 优化 性 能指标 和约 束条件 的 再入 轨 迹 。最后 , 通过对 哈 密 尔
ped set l e o ( P suop c a m t d G M)i ue o ete enr t j t ywt m nm m ta ha a srtn r h s sdt s] e t a e r i i u t et bop o , o v hr y re o h i ol i
o tg ain p i ta d ma i m y a c p e s r a d t e tr n l o sr it icu e te v h ceS n sa n t o n n xmu d n mi rsu e n h emi a c n tans n l d h e il ’ o
Z HOU e — a,YANG ,L h n l W ny Di I S u —i
( eat e t f s o a t s H ri stt o eh o g , abn10 0 , h a D p r n o t n ui , abnI tue f c nl y H ri 50 C i ) m A r c ni T o 1 n A s at o ot n te fgt tjc r f iig vhc f r r n y a opee h as b t c :T ba h lh 珀 et y o lt ei e a e e t t sh r,te gus r i i o r fn l t e r m
Vo. 4 1 3 No 1 . F b.2 0 e 01
利 用 高 斯 伪 谱 法 求 解 升 力 航 天 器 最 优 再 入 轨 迹
周 文雅 , 杨 涤 , 顺利 李
( 尔 滨 工 业 大 学 航 天 工 程 系 , 龙 江 哈 尔滨 100 ) 哈 黑 5 0 1

要 : 了获得 升 力式航 天 器再 入 大气后 的 飞行 轨迹 , 用 高斯伪 谱 法 求解 了 同时满 足路 径 为 利
mi i m o a e ta s r to n mu t t1h a b o p in
对 于 升 力 式 航 天 器 , 航 天飞 机 、 器 平 台 如 武 等, 在执行 任务 结束 后都 必须再 次 穿过大 气层 , 返
求 。这 一过程 是 相 当复杂 的 , 天 器 除 了必 须满 航 足驻 点 热流 、 动压 等路径 约束外 , 要落人 指定 的 还
顿 函数 的分析 给 出了最优 性 验证 。
关键词 : 高斯伪谱 法 ; 力 式航 天器 ; 径 约束 ; 升 路 终端 约束 ; 总吸 热量 最小 中图分 类号 : 1 . V4 2 4 文章 编号 :0 5— 80 2 1 ) l O 8 0 10 9 3 ( 0 0 O — 0 5— 6
Usn a s e d s e t a e h d t o v tm a e t y i g G u s Ps u 0 p c r IM t o o S l e Op i lRe n r
T aetr o i igV hce rjco yfrL f n e il t
l i sl d a a G M cn sl er n yt jc r t stf t bv pii t ni e ao r ut i i t t t P a o et e t r et a s h aoeot z i n x tn e sn c e h v h e r a o o iy e y m ao d
s t fi g b t ah c n tan sa d t r n lc n tan s h ah c n tans icu e t eh a u e k ai yn o h p t o sri t n e mia o sr it.T e p t o sri t n ld h e tf x p a s l
h ih n o i o h eatc n l n a k a ge a e c o e s o t lc n rlv ra ls eg ta d p st n.T t k a ge a d b n n l r h s n a p i o to ib e .Th i — i a ma e smu
a d c n tan o dto s h e o tmiain p ro ma c st se y Ha h n a n y i. n o sri tc n i n .T pi z t f r n e i e td b mi o in a a ss i o e l Ke wo d y r s: g u s s u o pe ta t o a s p e d s cr l meh d;lfi g v h ce; p t c n tant tr n l o sr i t itn e il ah o sri ; e mi a c n ta n ;
第3 4卷 第 1 期
21 0 0年 2月
南 京理 工大 学学 报 ( 自然 科 学版 )
Ju ao Nm n n ei i c adTc o g N t aSi c) or l f a i U i rto S e e n e nl y( a r c ne n g v sy f c n h o ul e
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