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
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

( )
、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

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ｈｐ自适应伪谱法的高超声速飞行器上升段轨迹规划
・７９１・
段的动力学方程如下
ｄＶＰｃｏｓａ — ‘Ｄ
－＿＿
￣ｓｉｎ０
‘＿＿。・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。Ｄａｒｂｙ等¨ 列首次提出ｈｐ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。ＪｉａｎｇＺｈａｏ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

Ｅ一Ｒ寺（．一ａｉｄ）
。
（８）
ｔ：
＋
（７１）
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＝０１・，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．ｒｒ１６
‘
此处，ｒ∈［，］一１１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：４２Ｖ Nhomakorabea 一
文献标识码：Ａ
文章编号：００２５（０００－７８０１０－７８２１）５０４－５
直以来，回轨迹的分析与设计是航天器再返
收稿日期：０９９１２０－ —７０作者简介：闰晓东（９１，１８一）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。、ｏｒＤ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

（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
金
5.采用伪谱法的再入飞行器最优反馈制导方法 [J], 崔锋
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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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
ｐｅｄｓｅｔｌｅｏ（ＰｓｕｏｐｃａｍｔｄＧＭ）ｉｕｅｏｅｔｅｅｎｒｔｊｔｙｗｔｍｎｍｍｔａｈａａｓｒｔｎｒｈｓｓｄｔｓ］ｅｔａｅｒｉｉｕｔｅｔｂｏｐｏ，ｏｖｈｒｙｒｅｏｈｉｏｌｉ
ｏｔｇａｉｎｐｉｔａｄｍａｉｍｙａｃｐｅｓｒａｄｔｅｔｒｎｌｏｓｒｉｔｉｃｕｅｔｅｖｈｃｅＳｎｓａｎｔｏｎｎｘｍｕｄｎｍｉｒｓｕｅｎｈｅｍｉａｃｎｔａｎｓｎｌｄｈｅｉｌ ’ ｏ
ＺＨＯＵｅ — ａ，ＹＡＮＧ，ＬｈｎｌＷｎｙＤｉＩＳｕ —ｉ
（ｅａｔｅｔｆｓｏａｔｓＨｒｉｓｔｔｏｅｈｏｇ，ａｂｎ１００，ｈａＤｐｒｎｏｔｎｕｉ，ａｂｎＩｔｕｅｆｃｎｌｙＨｒｉ５０Ｃｉ）ｍＡｒｃｎｉＴｏ１ｎＡｓａｔｏｏｔｎｔｅｆｇｔｔｊｃｒｆｉｉｇｖｈｃｆｒｒｎｙａｏｐｅｅｈａｓｂｔｃ：Ｔｂａｈｌｈ珀ｅｔｙｏｌｔｅｉｅａｅｅｔｔｓｈｒ，ｔｅｇｕｓｒｉｉｏｒｆｎｌｔｅｒｍ
Ｖｏ．４１３Ｎｏ１．Ｆｂ．２０ｅ０１
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５０１
摘
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
ｍｉｉｍｏａｅｔａｓｒｔｏｎｍｕｔｔ１ｈａｂｏｐｉｎ
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．Ｖ４２４文章编号：０５— ８０２１）ｌＯ８０１０９３（００Ｏ — ０５— ６
ＵｓｎａｓｅｄｓｅｔａｅｈｄｔｏｖｔｍａｅｔｙｉｇＧｕｓＰｓｕ０ｐｃｒＩＭｔｏｏＳｌｅＯｐｉｌＲｅｎｒ
ＴａｅｔｒｏｉｉｇＶｈｃｅｒｊｃｏｙｆｒＬｆｎｅｉｌｔ
ｌｉｓｌｄａａＧＭｃｎｓｌｅｒｎｙｔｊｃｒｔｓｔｆｔｂｖｐｉｉｔｎｉｅａｏｒｕｔｉｉｔｔｔＰａｏｅｔｅｔｒｅｔａｓｈａｏｅｏｔｚｉｎｘｔｎｅｓｎｃｅｈｖｈｅｒａｏｏｉｙｅｙｍａｏｄ
ｓｔｆｉｇｂｔａｈｃｎｔａｎｓａｄｔｒｎｌｃｎｔａｎｓｈａｈｃｎｔａｎｓｉｃｕｅｔｅｈａｕｅｋａｉｙｎｏｈｐｔｏｓｒｉｔｎｅｍｉａｏｓｒｉｔ．Ｔｅｐｔｏｓｒｉｔｎｌｄｈｅｔｆｘｐａｓｌ
ｈｉｈｎｏｉｏｈｅａｔｃｎｌｎａｋａｇｅａｅｃｏｅｓｏｔｌｃｎｒｌｖｒａｌｓｅｇｔａｄｐｓｔｎ．Ｔｔｋａｇｅａｄｂｎｎｌｒｈｓｎａｐｉｏｔｏｉｂｅ．Ｔｈｉ — ｉａｍａｅｓｍｕ
ａｄｃｎｔａｎｏｄｔｏｓｈｅｏｔｍｉａｉｎｐｒｏｍａｃｓｔｓｅｙＨａｈｎａｎｙｉ．ｎｏｓｒｉｔｃｎｉｎ．ＴｐｉｚｔｆｒｎｅｉｅｔｄｂｍｉｏｉｎａａｓｓｉｏｅｌＫｅｗｏｄｙｒｓ：ｇｕｓｓｕｏｐｅｔａｔｏａｓｐｅｄｓｃｒｌｍｅｈｄ；ｌｆｉｇｖｈｃｅ；ｐｔｃｎｔａｎｔｔｒｎｌｏｓｒｉｔｉｔｎｅｉｌａｈｏｓｒｉ；ｅｍｉａｃｎｔａｎ；
第３４卷第１期
２１００年２月
南京理工大学学报（自然科学版）
ＪｕａｏＮｍｎｎｅｉｉｃａｄＴｃｏｇＮｔａＳｉｃ）ｏｒｌｆａｉＵｉｒｔｏＳｅｅｎｅｎｌｙ（ａｒｃｎｅｎｇｖｓｙｆｃｎｈｏｕｌｅ