基于粒子群算法的固体运载火箭上升段弹道优化设计研究 被引量：32

1

作者 杨希祥 江振宇 张为华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1304-1309,共6页

应用粒子群优化算法研究了固体运载火箭上升段弹道优化设计问题。设计了固体运载火箭上升段飞行程序,构建了固体运载火箭弹道优化设计问题的粒子群算法,通过控制参数改进和引入函数拉伸策略,对算法进行了改进。仿真计算结果表明,粒子群... 应用粒子群优化算法研究了固体运载火箭上升段弹道优化设计问题。设计了固体运载火箭上升段飞行程序,构建了固体运载火箭弹道优化设计问题的粒子群算法,通过控制参数改进和引入函数拉伸策略,对算法进行了改进。仿真计算结果表明,粒子群优化算法能有效解决固体运载火箭弹道优化设计问题,优化方案末助推级液体推进剂消耗比原方案减少11.1%,算法收敛速度快,需设置参数少,易于工程实现。可为固体运载火箭弹道优化设计提供理论参考。 展开更多

关键词 固体运载火箭 上升段弹道优化 粒子群优化算法

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基于Proximal-Newton-Kantorovich凸规划的空天飞行器实时轨迹优化 被引量：11

2

作者 王嘉炜 张冉 +1 位作者 郝泽明 李惠峰 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期116-125,共10页

针对空天飞行器大气层内上升段实时轨迹优化问题,提出一种基于Proximal-Newton-Kantorovich凸规划的轨迹优化方法。首先,应用Newton-Kantorovich迭代方法将轨迹优化问题转化为一系列的子问题,每个子问题都是一个线性最优控制问题;其次,... 针对空天飞行器大气层内上升段实时轨迹优化问题,提出一种基于Proximal-Newton-Kantorovich凸规划的轨迹优化方法。首先,应用Newton-Kantorovich迭代方法将轨迹优化问题转化为一系列的子问题,每个子问题都是一个线性最优控制问题;其次,针对Newton-Kantorovich迭代方法忽略运动方程中的高阶信息,导致难以收敛这一问题,提出Proximal-Newton-Kantorovich迭代方法,在子问题的性能指标中加入邻近规则化项,改善了Newton-Kantorovich迭代方法的收敛性;最后,将子问题离散为二阶锥规划问题,并应用内点法进行求解。提出的Proximal-Newton-Kantorovich凸规划方法是一种求解非线性轨迹规划问题的可行途径。理论分析表明,Proximal-Newton-Kantorovich迭代方法的收敛结果一定是轨迹优化问题的局部最优解。数值实验表明,此方法的计算时间在毫秒级。 展开更多

关键词 空天飞行器 大气层内飞行 上升段 轨迹优化 凸规划

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二级入轨空天飞机上升轨迹优化 被引量：8

3

作者 黄国强 南英 陆宇平 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期641-647,共7页

以最小燃料消耗量为性能指标,考虑了多种约束条件(过载、动压、加热率等),采用了组合优化方法对空天飞机上升轨迹进行优化。该组合优化算法包括静态参数与动态参数优化方法。其中,静态参数优化算法采用了全范围搜索方法,动态参数优化算... 以最小燃料消耗量为性能指标,考虑了多种约束条件(过载、动压、加热率等),采用了组合优化方法对空天飞机上升轨迹进行优化。该组合优化算法包括静态参数与动态参数优化方法。其中,静态参数优化算法采用了全范围搜索方法,动态参数优化算法包括动态规划法与共轭梯度法。通过数值仿真计算,得到飞行分离状态数据及相应的最优上升轨迹。数值仿真表明,该组合算法对航天器轨迹优化具有良好的适用性及实际工程价值。 展开更多

关键词 二级入轨空天飞机 组合优化算法 上升飞行轨迹 全局轨迹优化 飞行分离状态

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基于混合粒子群法的RLV上升段轨迹优化 被引量：7

4

作者 张鼎逆 刘毅 《江苏大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期54-59,共6页

针对可重复使用运载器(RLV)轨迹优化问题,提出了一种混合粒子群法(HPSO).算法采用改进粒子群算法与序列二次规划法相组合的优化方法,应用了一种新的粒子群划分方案,引入调节搜索速度的时变惯性因子,改进了速度和位置的更新策略.给出了... 针对可重复使用运载器(RLV)轨迹优化问题,提出了一种混合粒子群法(HPSO).算法采用改进粒子群算法与序列二次规划法相组合的优化方法,应用了一种新的粒子群划分方案,引入调节搜索速度的时变惯性因子,改进了速度和位置的更新策略.给出了上升段轨迹优化问题的飞行运动学方程、发动机模型、气动力模型、约束条件;确定了优化设计步骤,包括配点离散、多邻域改进PSO、HPSO混合策略;并对最小燃料消耗问题进行了优化分析.计算结果表明:HPSO算法在没有合适初始值的情况下,仍能得到满意的全局最优解,具有正确性、高效性和鲁棒性好等优点,可以很好地解决RLV轨迹优化问题. 展开更多

关键词 直接配点法 粒子群法 序列二次规划 可重复使用运载器 上升段轨迹优化

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大气层内固体火箭实时轨迹优化方法 被引量：7

5

作者 郝泽明 张冉 +1 位作者 王嘉炜 李惠峰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1416-1426,共11页

针对大气层内固体火箭能量管理问题,提出一种邻近-牛顿-康托维奇凸规划的实时轨迹优化方法。首先,针对传统能量管理方法难以严格满足大气层内过程约束的不足,提出了一种对控制量模值积分进行惩罚的规则化方法,将能量管理问题转化为轨迹... 针对大气层内固体火箭能量管理问题,提出一种邻近-牛顿-康托维奇凸规划的实时轨迹优化方法。首先,针对传统能量管理方法难以严格满足大气层内过程约束的不足,提出了一种对控制量模值积分进行惩罚的规则化方法,将能量管理问题转化为轨迹优化问题。然后,针对大气层内强非线性动力学与约束,提出一种邻近-牛顿-康托维奇凸规划方法,对优化问题中的非线性项进行线性化处理并在性能指标中引入邻近规则化项,提升了算法的收敛性。最后,为减小优化算法对初始猜想的依赖性,引入虚拟控制变量对控制约束与过程约束进行松弛。数学仿真结果表明:采用所提出的轨迹优化方法求解能量管理问题是有效的,能够严格满足各项约束并实现高精度终端;此外,算法具有优异的实时性,能够满足能量管理对求解速度的要求。 展开更多

关键词 固体火箭能量管理 大气层上升段 轨迹优化 凸规划

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基于间接伴随法的大气层内高超声速飞行器最优上升轨迹研究 被引量：6

6

作者 佘智勇 马广富 沈作军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1951-1957,共7页

利用修正的无量纲因子,建立了适用于大气层内高速飞行器数值优化的数学模型。创新地采用欧氏空间中超立方体顶点坐标作为协状态初始值的方法解决了伴随方法的初始值估计难题,实现了间接伴随法在最优轨迹优化中的应用。完成并给出了该方... 利用修正的无量纲因子,建立了适用于大气层内高速飞行器数值优化的数学模型。创新地采用欧氏空间中超立方体顶点坐标作为协状态初始值的方法解决了伴随方法的初始值估计难题,实现了间接伴随法在最优轨迹优化中的应用。完成并给出了该方法在真空状态和有空气动力存在的情况下轨迹优化结果,并在控制约束存在的前提下,对上升段轨线进行重规划,仿真结果表明,该方法快速、有效,且具有在线制导的应用潜力。 展开更多

关键词 伴随法 初值估计 轨迹线性化 大气层内 上升段轨迹优化

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基于间接法的上升段轨迹优化方法研究 被引量：6

7

作者 吴嘉梁 《导航定位与授时》 2016年第2期14-19,共6页

固体火箭上升段轨迹优化设计具有重要的工程意义。针对此问题,提出了一种求解上升段最优轨迹的可行方法。在零侧滑角假设下构建飞行器模型,以推力方向为最优控制量,根据极小值原理推导一阶最优条件。采用间接法,将真空条件下上升段最优... 固体火箭上升段轨迹优化设计具有重要的工程意义。针对此问题,提出了一种求解上升段最优轨迹的可行方法。在零侧滑角假设下构建飞行器模型,以推力方向为最优控制量,根据极小值原理推导一阶最优条件。采用间接法,将真空条件下上升段最优轨迹的解作为初值,以状态响应方程构造一种迭代的方法,最后在满足攻角过程约束下,通过同伦算法获得真实大气环境下的最优轨迹。仿真结果表明,该优化算法能够稳定收敛,具有良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 固体火箭 上升段 最优控制 轨迹优化 间接法

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RBCC高超声速飞行器上升段轨迹快速优化

8

作者 闫循良 王舒眉 +1 位作者 王培臣 刘海礼 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1064-1072,共9页

针对火箭基组合循环(RBCC)高超声速飞行器上升段轨迹设计所具有的动力系统工作模态复杂、推力与飞行状态存在强耦合、模型强非线性且存在多种复杂约束限制等典型特征,设计了一种基于序列凸优化的RBCC动力上升段轨迹快速优化方法。针对... 针对火箭基组合循环(RBCC)高超声速飞行器上升段轨迹设计所具有的动力系统工作模态复杂、推力与飞行状态存在强耦合、模型强非线性且存在多种复杂约束限制等典型特征,设计了一种基于序列凸优化的RBCC动力上升段轨迹快速优化方法。针对攻角控制系统是否存在二阶滞后情况,分别建立了适用于RBCC高超声速飞行器上升段轨迹优化的数学模型。基于凸优化理论对原优化模型进行凸化和离散化处理,进而设计了改进的轨迹优化求解策略。以末端机械能最大为优化指标,针对攻角控制系统存在/不存在二阶滞后的情况分别进行了上升段轨迹优化仿真。结果表明,所构建模型和轨迹优化方法可以快速、有效地完成RBCC高超声速飞行器上升段轨迹优化,优化结果符合RBCC动力系统工作特点,且可为RBCC动力运用和攻角控制系统设计提供参考。 展开更多

关键词 RBCC 高超声速飞行器 上升段轨迹优化 序列凸优化 控制系统二阶滞后

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月面上升的轨迹优化与参数分析 被引量：3

9

作者 张磊 《深空探测学报》 2019年第4期391-397,共7页

面向月球采样返回任务分析需求,对月面上升段的轨迹优化及燃料消耗影响因素进行了研究。基于上升器运动模型,建立以燃料消耗最优为目标考虑入轨约束的轨迹优化模型,通过Gauss伪谱法和序列二次规划求解上升过程最优推力方向。改变运动模... 面向月球采样返回任务分析需求,对月面上升段的轨迹优化及燃料消耗影响因素进行了研究。基于上升器运动模型,建立以燃料消耗最优为目标考虑入轨约束的轨迹优化模型,通过Gauss伪谱法和序列二次规划求解上升过程最优推力方向。改变运动模型中的初始推重比、入轨约束中的目标轨道参数,根据轨迹优化结果得到对应的燃料消耗,分析了这些因素对上升器燃料消耗的影响。针对上升器非共面起飞的问题,提出了上升偏航、升交点调整、倾角调整3种方案,从燃料消耗的角度分析了各方案的适用情况,为未来工程应用提供参考。 展开更多

关键词 月面上升 轨迹优化 GAUSS伪谱法 参数分析

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高超声速飞行器上升段轨迹优化 被引量：3

10

作者 张雯 韦文书 +1 位作者 李晶 尹世明 《价值工程》 2015年第9期57-59,共3页

本文研究一种单级入轨吸气式高超声速飞行器上升段轨迹优化问题。忽略高超声速带来的结构变形,仅研究高超声速飞行器纵向平面内的质点运动。考虑发动机特性和飞行特性,对攻角和动压加以约束,以飞行时间最短为最优性能指标,攻角为控制量... 本文研究一种单级入轨吸气式高超声速飞行器上升段轨迹优化问题。忽略高超声速带来的结构变形,仅研究高超声速飞行器纵向平面内的质点运动。考虑发动机特性和飞行特性,对攻角和动压加以约束,以飞行时间最短为最优性能指标,攻角为控制量,建立了最优轨迹的正则方程。将轨迹优化问题转化为数值求解两点边值问题,利用遗传算法进行了初值选取。仿真结果表明,在给定初始条件和终端条件下,利用遗传算法能够确定正则方程的初值,从而实现对高超声速飞行器上升段轨迹的优化。 展开更多

关键词 高超声速飞行器 上升段 轨迹优化 遗传算法

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基于特征参数的吸气式高超声速飞行器上升段轨迹优化 被引量：3

11

作者 丁洪波 蔡洪 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期296-300,310,共6页

针对吸气式高超声速飞行器上升段轨迹优化问题,提出并研究了基于特征参数的轨迹优化方法。首先,建立了吸气式高超声速飞行器动力学模型,给出了气动力和推力模型。根据上升段轨迹特性,建立了基于指数函数和多项式的控制变量的取值模型。... 针对吸气式高超声速飞行器上升段轨迹优化问题,提出并研究了基于特征参数的轨迹优化方法。首先,建立了吸气式高超声速飞行器动力学模型,给出了气动力和推力模型。根据上升段轨迹特性,建立了基于指数函数和多项式的控制变量的取值模型。该模型取决于若干特征参数,从而将一个求解泛函的最优控制问题转化为求解特征参数的非线性规划问题,并采用序列二次规划算法求解。针对初值敏感性,提出了基于遗传算法的初值选取方法,以及基于物理意义的手动选取方法。 展开更多

关键词 吸气式高超声速飞行器 上升段 特征参数 轨迹优化 初值选取

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吸气式高速飞行器爬升-巡航轨迹在线优化

12

作者 侯忻宜 李惠峰 《宇航总体技术》 2022年第4期27-34,共8页

针对吸气式高速飞行器的大气层内爬升和巡航飞行段,进行了在线轨迹优化设计。与传统的爬升段结合定高定速巡航轨迹形式不同,采用优化的方法得到的轨迹能够保证性能指标的最优性。首先,将轨迹优化问题建模为非线性最优控制问题,控制量包... 针对吸气式高速飞行器的大气层内爬升和巡航飞行段,进行了在线轨迹优化设计。与传统的爬升段结合定高定速巡航轨迹形式不同,采用优化的方法得到的轨迹能够保证性能指标的最优性。首先,将轨迹优化问题建模为非线性最优控制问题,控制量包括攻角、倾侧角以及燃油当量比。然后,对问题的非线性进行了处理,将变量进行离散化,得到凸优化问题。分析了飞行器的气动和推力特性,设计了优化变量的初始参考。最后,设计算法的外环迭代策略,将每一次求得的解作为参考轨迹进行下一次迭代计算。数值仿真结果表明,该方法能够解决吸气式高速飞行器爬升巡航段轨迹优化问题,并且求解时间满足在线轨迹优化要求。 展开更多

关键词 吸气式 爬升 巡航 在线轨迹优化 凸优化

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急流风场中平流层飞艇放飞轨迹研究

13

作者 张祥壮 陈澜 权涛 《电子设计工程》 2014年第16期11-13,17,共4页

本文首先建立平流层飞艇的六自由度非线性模型,根据历史气象数据建立急流风场模型,采用遗传算法对飞艇放飞轨迹寻优,对比无风和在急流风场中两种情境下飞艇放飞轨迹、放飞时间及所需能耗的变化,从而分析急流风对平流层飞艇放飞过程的影... 本文首先建立平流层飞艇的六自由度非线性模型,根据历史气象数据建立急流风场模型,采用遗传算法对飞艇放飞轨迹寻优,对比无风和在急流风场中两种情境下飞艇放飞轨迹、放飞时间及所需能耗的变化,从而分析急流风对平流层飞艇放飞过程的影响。系统仿真结果表明,急流风在平流层飞艇放飞过程中有着显著的影响,仿真结果可以为实际放飞计划提供参考。 展开更多

关键词 急流风 平流层飞艇 放飞轨迹寻优 遗传算法

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飞行器上升段轨迹的优化设计

14

作者 林常青 宗群 田栢苓 《控制工程》 CSCD 北大核心 2012年第2期297-300,306,共5页

针对飞行器上升段轨迹优化求解困难的问题,提出一种基于正交配点的优化求解方法。该方法以第二类切比雪夫正交多项式的零点作为系统控制变量和状态变量的离散点,利用拉格朗日插值多项式对状态和控制变量进行拟合。通过对多项式的求导将... 针对飞行器上升段轨迹优化求解困难的问题,提出一种基于正交配点的优化求解方法。该方法以第二类切比雪夫正交多项式的零点作为系统控制变量和状态变量的离散点,利用拉格朗日插值多项式对状态和控制变量进行拟合。通过对多项式的求导将动力学微分方程约束转化为代数约束,从而把无限维的最优控制问题转化为一个有限维的非线性规划(Nonlinear Programming,NLP)问题。随后,利用序列二次规划(Sequential Quadratic Program-ming,SQP)方法求解转化后的NLP问题,获得最优的飞行轨迹。最后,飞行器上的仿真结果验证了所提方法的有效性。研究成果可为飞行器的制导控制提供可行的飞行轨迹,有一定的工程应用价值。 展开更多

关键词 飞行器上升段 轨迹优化 正交配点 非线性规划 序列二次规划

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基于Gauss伪谱法的临近空间飞行器上升段轨迹优化 被引量：50

15

作者 宗群 田栢苓 窦立谦 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1775-1781,共7页

综合考虑密度变化、声速变化、发动机推力变化及地球引力等因素对飞行轨迹的影响,研究了与实际飞行环境更加相符的临近空间飞行器燃料最优爬升轨迹。针对该问题在气动数据处理和优化求解上存在的困难,提出一种基于Gauss伪谱法(Gauss Pse... 综合考虑密度变化、声速变化、发动机推力变化及地球引力等因素对飞行轨迹的影响,研究了与实际飞行环境更加相符的临近空间飞行器燃料最优爬升轨迹。针对该问题在气动数据处理和优化求解上存在的困难,提出一种基于Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM)的求解策略。首先,依据气动数据特点,设计拟合模型对气动参数进行高精度拟合;其次,为避免间接法和传统直接法的缺点,将Gauss伪谱法和序贯二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)相结合,对存在边值及加速度约束的轨迹优化问题进行求解,获得最优飞行轨迹。仿真结果表明,在更为真实的飞行环境下,利用GPM和SQP相结合的方法可在5.83s获得一条精度为10-4～10-6左右的飞行轨迹。 展开更多

关键词 临近空间飞行器 上升段轨迹优化 气动数据 GAUSS伪谱法 序贯二次规划

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垂直返回重复使用运载火箭技术分析 被引量：36

16

作者 高朝辉 张普卓 +1 位作者 刘宇 余梦伦 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期145-152,共8页

结合Space X公司近期进行的多次猎鹰火箭一子级垂直着陆返回技术试验,对比分析垂直返回重复使用运载火箭两种返回方式的工程应用价值。首先,建立运载火箭一子级动力返回段弹道设计动力学模型。随后,提出基于H-V飞行剖面分段返回弹道设... 结合Space X公司近期进行的多次猎鹰火箭一子级垂直着陆返回技术试验,对比分析垂直返回重复使用运载火箭两种返回方式的工程应用价值。首先,建立运载火箭一子级动力返回段弹道设计动力学模型。随后,提出基于H-V飞行剖面分段返回弹道设计方法。然后针对"返回原场"(RTLS)和"不返回原场"(NRTLS)两种垂直返回方式,构建综合考虑上升段与返回段的推进剂耦合作用的一体化弹道优化设计策略。最后,通过数值仿真,对比分析了两种返回方式下的火箭运载能力。结果表明,采用"不返回原场"方式的运载能力损失仅占"返回原场"方式的一半,具有较好的工程应用价值。 展开更多

关键词 垂直起降 H-V飞行剖面 弹道优化 运载能力

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基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计 被引量：2

17

作者 柯森锎 李爽 +2 位作者 肖东东 王卫华 聂钦博 《深空探测学报》 2018年第3期269-275,共7页

火星上升器的设计与其轨迹设计紧密相关,而现有方法大都将MAV(Mars Ascent Vehicle)的分级优化和轨迹优化解耦计算,其计算效率低且鲁棒性较差。提出了一种基于高斯伪谱法的两级MAV分级与轨迹耦合多阶段优化算法,它以MAV的发射总质量最... 火星上升器的设计与其轨迹设计紧密相关,而现有方法大都将MAV(Mars Ascent Vehicle)的分级优化和轨迹优化解耦计算,其计算效率低且鲁棒性较差。提出了一种基于高斯伪谱法的两级MAV分级与轨迹耦合多阶段优化算法,它以MAV的发射总质量最小为目标函数,并考虑了MAV设计约束、MAV的质量模型约束、轨迹的路径约束和控制约束等限制条件。利用该方法可以同时求得发射总质量最小的两级MAV分级参数和一条燃耗最优的上升轨迹,解决了由于不合理的两级MAV分级设计导致的轨迹优化算法无法收敛的问题。数值仿真结果表明该方法具有较快的收敛速度,且对初值选取的敏感度较小、具有较强的鲁棒性。 展开更多

关键词 火星采样返回 火星上升器 火箭分级和轨迹耦合优化 高斯伪谱法

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