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用非线性规划求解有限推力最优交会 被引量：17
1
作者 王华 唐国金 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期9-13,共5页
利用非线性规划方法研究了航天器的有限推力最优交会问题。这种方法利用了近年来发展起来的直接优化技术,用分段多项式来表示整个轨道的状态和控制向量,将最优控制问题转化为非线性规划问题。在应用这种方法时,先将整个轨道分为若干推... 利用非线性规划方法研究了航天器的有限推力最优交会问题。这种方法利用了近年来发展起来的直接优化技术,用分段多项式来表示整个轨道的状态和控制向量,将最优控制问题转化为非线性规划问题。在应用这种方法时,先将整个轨道分为若干推力段和无推力段,然后利用配置方法产生推力段的约束段,利用状态转移矩阵来产生无推力段的约束。最后,对共面轨道情况下的交会进行了数值仿真,验证了方法的有效性和鲁棒性。 展开更多
关键词 最优控制 非线性规划 有限推力 最优交会 航天器
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有限推力下的航天器绕飞轨道保持与控制 被引量：11
2
作者 师鹏 李保军 赵育善 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期757-760,共4页
基于线性动力学模型,研究了有限推力下的航天器绕飞轨道保持与控制问题.首先,针对绕飞轨道控制问题推导了精确的动力学模型,给出了经过线性化的动力学方程.然后,在线性二次性最优控制理论的基础上,设计了一种针对绕飞轨道的反馈控制系统... 基于线性动力学模型,研究了有限推力下的航天器绕飞轨道保持与控制问题.首先,针对绕飞轨道控制问题推导了精确的动力学模型,给出了经过线性化的动力学方程.然后,在线性二次性最优控制理论的基础上,设计了一种针对绕飞轨道的反馈控制系统,同时为了实现有限推力,设计了一个有界的非线性环节对控制加速度进行限制.数值仿真结果证明了所设计的控制系统渐进稳定、收敛快速,并且具有良好的控制精度.最后,通过计算不同相对位置误差时轨道控制系统需用的发动机工作时间,估算了轨道维持与轨道控制的燃料消耗量. 展开更多
关键词 绕飞 轨道控制 最优控制 有限推力
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基于节点改善策略的伪谱轨迹优化 被引量：11
3
作者 闫循良 廖守亿 +2 位作者 张金生 王仕成 陈士橹 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期891-900,共10页
基于Legendre-Gauss-Lobatto(LGL)伪谱法(PSM)求解最优控制问题的原理,研究了有限推力轨迹快速优化设计以及计算节点和效率改善策略。对远程变轨动力学模型进行了无量纲化处理,并设计了初值生成和串行优化求解策略,用来提高多变量多约... 基于Legendre-Gauss-Lobatto(LGL)伪谱法(PSM)求解最优控制问题的原理,研究了有限推力轨迹快速优化设计以及计算节点和效率改善策略。对远程变轨动力学模型进行了无量纲化处理,并设计了初值生成和串行优化求解策略,用来提高多变量多约束大规模稀疏非线性规划问题的收敛性。结合极小值原理推导了问题的最优性必要条件,基于协态映射原理设计了数值解的最优性验证方法。利用二阶微分方程技术消去部分状态量,建立了节点和计算效率改进模型,并讨论了该策略的相关数值处理技术。仿真结果表明,本文的算法可以快速地提供应用于实际飞行任务的最优解,节点改善策略在保证计算精度的同时,有效降低了计算收敛时间。 展开更多
关键词 轨迹优化 节点改善 伪谱法 有限推力 远程变轨 最优性验证
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有限推力模型火星探测捕获策略分析 被引量：8
4
作者 李军锋 龚胜平 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2013年第6期781-786,共6页
本文提出了基于有限推力模型,目标约束为轨道半长轴和偏心率的火星探测器的捕获问题.分析了三种捕获方式:燃料最优捕获、姿态匀速转动和姿态惯性定向捕获策略,并分别利用最优控制和粒子群优化算法针对不同捕获策略进行了求解.分析表明,... 本文提出了基于有限推力模型,目标约束为轨道半长轴和偏心率的火星探测器的捕获问题.分析了三种捕获方式:燃料最优捕获、姿态匀速转动和姿态惯性定向捕获策略,并分别利用最优控制和粒子群优化算法针对不同捕获策略进行了求解.分析表明,以燃料最优为指标的捕获策略为邦邦控制,其推力方向基本沿着与飞行速度相反的方向,但在工程实现中对姿态控制系统要求很高,难以实现.捕获过程中姿态惯性定向易于实现,但是重力损失比较严重.姿态匀速转动的捕获策略比邦邦控制更容易实施,并且能有效地减小重力损失,因此在工程中有很重要的实用价值. 展开更多
关键词 火星探测 捕获 有限推力 粒子群优化算法 最优控制
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基于任务规划的有限推力燃料最优交会 被引量：3
5
作者 闫循良 汤一华 +1 位作者 徐敏 陈士橹 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期611-615,620,共6页
给出了空间交会冲量机动任务规划及基于该任务规划的有限推力燃料最优交会算法。首先,以双冲量空间交会作为问题的初步模型,采用Battin-Vaughan算法对追踪器初始位置和飞行时间的组合进行遍历计算,通过分析特征速度等值线图,进行空间交... 给出了空间交会冲量机动任务规划及基于该任务规划的有限推力燃料最优交会算法。首先,以双冲量空间交会作为问题的初步模型,采用Battin-Vaughan算法对追踪器初始位置和飞行时间的组合进行遍历计算,通过分析特征速度等值线图,进行空间交会的任务规划,为有限推力燃料最优交会提供重要的初值条件。基于任务规划分析,建立了有限推力燃料最优交会的最优控制模型,根据庞特里亚金极值原理将最优控制问题转化为两点边值问题,采用共轭梯度算法进行数值求解。在变轨时间固定、连续变推力的情况下,以总冲最小、满足终端位置和速度约束为指标,对推力大小和方向进行优化。通过数值仿真,得到了一些重要的结论,为工程应用提供了一定参考价值。 展开更多
关键词 空间交会 轨道优化 任务规划 燃料最优 有限推力 Battin-Vaughan算法 共轭梯度法
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采用有限推力的火星捕获制动策略 被引量：3
6
作者 罗绪盛 麻娜 +1 位作者 荆武兴 盛伟强 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期348-354,共7页
针对火星探测的捕获制动问题,建立了描述推力沿速度反方向、推力方向固定和推力匀速转动3种制动策略的有限推力模型。以消耗的燃料质量和入轨近火点的高度误差为双目标,利用多目标粒子群算法优化控制参数,得到多目标问题的Pareto非劣解... 针对火星探测的捕获制动问题,建立了描述推力沿速度反方向、推力方向固定和推力匀速转动3种制动策略的有限推力模型。以消耗的燃料质量和入轨近火点的高度误差为双目标,利用多目标粒子群算法优化控制参数,得到多目标问题的Pareto非劣解集和Pareto前沿。仿真校验时采用均匀设计法初始化种群,发现推力沿速度反方向时捕获效率最高;方向固定时近火点高度误差小;推力匀速转动会抬升近火点高度,但推力方向与速度反方向夹角小,燃料消耗较少。推力方向匀速转动的策略可以作为优先选用的策略,当出现故障需紧急制动时可启用推力沿速度反方向策略,控制探测器先被火星捕获。仿真表明双目标优化可比燃料最优的单目标提供更全面的决策信息,有助于确定设计方案。 展开更多
关键词 火星探测 有限推力 捕获制动 多目标粒子群优化 均匀设计
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先进上面级快速机动轨道优化设计 被引量：2
7
作者 罗达 周军 刘莹莹 《空军工程大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2011年第2期12-16,共5页
根据先进上面级的推力特点和任务需求,将快速机动轨道优化问题转化为有限推力下时间最优轨道机动问题。首先建立脉冲推力下的多约束时间最优优化模型,然后利用改进的微分进化法求解全局最优解。其次建立有限推力下的修正模型,对脉冲推... 根据先进上面级的推力特点和任务需求,将快速机动轨道优化问题转化为有限推力下时间最优轨道机动问题。首先建立脉冲推力下的多约束时间最优优化模型,然后利用改进的微分进化法求解全局最优解。其次建立有限推力下的修正模型,对脉冲推力的优化结果进行修正,最终得到有限推力下时间最优轨道机动问题的解。通过快速轨道交会仿真验证了模型和算法的合理性,所得终端位置误差为1 km量级,在容许范围内,可通过末端轨道调整进一步修正。理论分析和仿真结果表明:结合脉冲变轨和有限推力修正的模型能更准确描述轨道机动的实际情况,采用的改进微分进化算法收敛速度快,稳定性好,对初值无明显要求。 展开更多
关键词 先进上面级 快速轨道机动 微分进化算法 有限推力 全局优化
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基于改进配点法的最省燃料交会研究
8
作者 周洋 闫野 黄煦 《上海航天》 2015年第2期13-16,共4页
基于改进的直接配点法,研究了有限推力最优交会控制问题。给出了有限推力交会的最优控制模型,将状态量和控制量离散化,节点间的状态量用五阶多项式表示,形成一系列代数约束,转化为一个非线性规划问题,用序列二次规划算法(SQP)求解参数... 基于改进的直接配点法,研究了有限推力最优交会控制问题。给出了有限推力交会的最优控制模型,将状态量和控制量离散化,节点间的状态量用五阶多项式表示,形成一系列代数约束,转化为一个非线性规划问题,用序列二次规划算法(SQP)求解参数最优化问题。对终端时刻自由的最省燃料交会问题的数值仿真结果表明:与直接配点法相比,改进配点法的精度较高。 展开更多
关键词 改进配点法 有限推力 交会 非线性规划
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有限推力空间飞行器自主避障研究
9
作者 赵毓 《无人系统技术》 2019年第3期43-48,共6页
基于对飞行器小范围快速变轨机动方法的分析,针对有限推力飞行器在轨自主避障过程中机动时机决策和推力方向控制问题进行研究,提出了一种在线自主决策有限推力避障规划方法。其中,基于强化学习理论,揭示了轨道飞行器避障过程中机动时机... 基于对飞行器小范围快速变轨机动方法的分析,针对有限推力飞行器在轨自主避障过程中机动时机决策和推力方向控制问题进行研究,提出了一种在线自主决策有限推力避障规划方法。其中,基于强化学习理论,揭示了轨道飞行器避障过程中机动时机与运动状态的变化规律,建立了'线下学习,线上决策'的空间飞行器自主避障决策训练模型。对影响轨道机动的典型参数进行研究,构建了以时间为奖励函数参量的强化学习评价机制,实现了能量最优的小范围轨道机动规划。与传统高斯伪谱法有限推力轨迹规划对比分析表明,提出的自主避障机动决策方法在求解速度和运算性能上更优。 展开更多
关键词 空间飞行器 有限推力 自主避障 强化学习 自主决策 能量最优
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火星探测器轨道设计与优化技术 被引量：8
10
作者 张旭辉 刘竹生 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2008年第2期15-23,共9页
介绍火星探测器轨道设计以及优化技术,并对大推力轨道设计方法、小推力轨道设计方法以及借力飞行轨道设计方法等进行综合分析,为未来的火星探测器轨道设计提供参考。
关键词 火星探测器 轨道设计与优化 大推力冲量变轨 小推力变轨 借力飞行轨道
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基于Legendre伪谱法的远程最优拦截初制导方法 被引量：3
11
作者 谭丽芬 闫野 +1 位作者 周英 唐国金 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期1337-1341,共5页
考虑J2摄动,研究远程最优拦截初制导问题。针对远程拦截飞行时间长的特点,深入分析并改进一种固定时间拦截制导的摄动修正方法,提出J2摄动远程脉冲最优拦截策略。基于一种求解最优控制问题的新方法——Legendre伪谱法(Legendre pseudosp... 考虑J2摄动,研究远程最优拦截初制导问题。针对远程拦截飞行时间长的特点,深入分析并改进一种固定时间拦截制导的摄动修正方法,提出J2摄动远程脉冲最优拦截策略。基于一种求解最优控制问题的新方法——Legendre伪谱法(Legendre pseudospectral method,LPM),研究有限推力远程最优拦截初制导问题,给出有限推力远程最优拦截初制导方法。以小倾角大椭圆轨道机动飞行器为对象,进行优化计算。仿真结果说明了本文的最优初制导方法的精度和计算效率。 展开更多
关键词 远程最优拦截 有限推力初制导 LEGENDRE伪谱法 椭圆轨道机动飞行器
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航天器任意椭圆轨道最优转移问题研究
12
作者 王青 谷良贤 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2012年第7期130-134,共5页
目前航天器最优转移轨道研究中,常忽略摄动力影响,仅考虑能量最优,且采用常值推力控制量,得到的转移轨道精度低,转移时间长,非理论最优。本文考虑地球非球形摄动力J2的影响,建立时间-能量综合最优性能指标,基于变推力控制量,研究了任意... 目前航天器最优转移轨道研究中,常忽略摄动力影响,仅考虑能量最优,且采用常值推力控制量,得到的转移轨道精度低,转移时间长,非理论最优。本文考虑地球非球形摄动力J2的影响,建立时间-能量综合最优性能指标,基于变推力控制量,研究了任意椭圆轨道最优转移问题。建立高斯拉格朗日状态方程,应用Pontryagin极小值原理和共轭梯度法求解最优转移问题;研究了J2摄动力对转移轨道根数、推力加速度和最优转移轨道的影响。结果表明:J2摄动力对转移轨道根数和推力加速度都有影响,不能忽略;时间-能量综合最优转移同时考虑轨道转移时间和能量消耗,优化结果更利于工程应用;最优推力加速度不是常值,即采用常值推力控制量得到的并非理论最优转移轨道。 展开更多
关键词 轨道转移 时间-能量综合最优 摄动力 有限变推力
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基于遗传算法的有限推力轨道拦截优化研究 被引量：14
13
作者 汤一华 陈士橹 +1 位作者 徐敏 万自明 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期671-675,共5页
遗传算法是一种具有通用性、鲁棒性及全局最优性等优点的自适应优化技术。文中建立了空间飞行器的有限推力轨道拦截数学模型,并以空间飞行器燃料消耗最小为优化目标函数,运用遗传算法对空间飞行器的拦截变轨参数进行了优化设计。为了解... 遗传算法是一种具有通用性、鲁棒性及全局最优性等优点的自适应优化技术。文中建立了空间飞行器的有限推力轨道拦截数学模型,并以空间飞行器燃料消耗最小为优化目标函数,运用遗传算法对空间飞行器的拦截变轨参数进行了优化设计。为了解决轨道拦截这一多约束优化问题,在遗传算法中引入了罚函数方法,并通过动态改变算法参数来改进优化的收敛性。在对低地球轨道目标的拦截仿真中,选择发动机燃料质量秒耗量、推力作用方向和作用时间为优化参数,仿真结果证明了该方法在带约束有限推力轨道拦截优化中的有效性。 展开更多
关键词 空间飞行器 轨道拦截 有限推力 遗传算法
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基于伪光谱方法的有限推力轨道转移优化设计 被引量：12
14
作者 涂良辉 袁建平 罗建军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期1189-1193,共5页
研究了伪光谱方法在空间飞行器有限推力轨道转移最优化问题中的应用。首先给出了空间飞行器轨道转移最优化控制问题模型,其中运动方程为三自由度模型,性能指标选为轨道转移过程中燃料消耗最小,控制变量为推力攻角。终端状态受到航迹角... 研究了伪光谱方法在空间飞行器有限推力轨道转移最优化问题中的应用。首先给出了空间飞行器轨道转移最优化控制问题模型,其中运动方程为三自由度模型,性能指标选为轨道转移过程中燃料消耗最小,控制变量为推力攻角。终端状态受到航迹角、高度和速度的约束。然后,应用伪光谱方法将最优控制问题离散化为非线性规划问题,即将动态优化问题转化为静态参数最优化问题。选取各配点上的状态量和控制量作为优化参数。最后应用基于Matlab语言的SNOPT软件包对参数最优化问题进行求解,该软件包对于求解大型非线性规划问题具有很好的收敛性。仿真结果表明伪光谱方法对于空间飞行器转移轨道初始参数取值不敏感,具有一定的鲁棒性,生成的轨道能够较好地满足各种约束条件。因此,伪光谱方法对于空间飞行器有限推力轨道转移问题的求解是可行的。 展开更多
关键词 伪光谱方法 非线性规划 有限推力 最优轨道转移
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应用非线性规划求解异面最优轨道转移问题 被引量：10
15
作者 梁新刚 杨涤 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期363-368,共6页
研究了一种应用非线性规化求解有限推力作用下异面最优轨道转移问题的方法。采用改进春分点根素形式的高斯行星方程,从庞德里亚金极小值原理出发,将有限推力作用下异面最优轨道转移问题转化为两点边值问题;在考虑边界条件、横截条件及... 研究了一种应用非线性规化求解有限推力作用下异面最优轨道转移问题的方法。采用改进春分点根素形式的高斯行星方程,从庞德里亚金极小值原理出发,将有限推力作用下异面最优轨道转移问题转化为两点边值问题;在考虑边界条件、横截条件及开关函数的前提下,将两点边值问题转化为针对协状态初值等的参数优化问题;最后应用非线性规划方法求解形成的参数优化问题。本方法特点是能得到开关函数从而得到最优发动机开关机逻辑。文章最后通过一个仿真计算,演示了完整的求解过程,验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 非线性规划 两点边值问题 异面最优轨道转移 有限推力
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基于交会概念的最省燃料共面有限推力轨道转移方法 被引量：5
16
作者 荆武兴 吴瑶华 杨涤 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第4期132-135,25,共5页
基于交会概念研究了卫星在平面内的最省燃料有限推力轨道转移问题。假设有一个飞行器已经在目标轨道上运动,此飞行器称为虚拟卫星。发动机推力大小为常值,方向可调。提供了适合于同平面轨道转移的卫星相对运动动力学模型,用Pontryagin... 基于交会概念研究了卫星在平面内的最省燃料有限推力轨道转移问题。假设有一个飞行器已经在目标轨道上运动,此飞行器称为虚拟卫星。发动机推力大小为常值,方向可调。提供了适合于同平面轨道转移的卫星相对运动动力学模型,用Pontryagin极大值原理导出了最省燃料的推力控制策略,建立了状态和共轭状态的初始边界条件。给出了两点边值问题的迭代变量与迭代算法。仿真例子考虑卫星由低圆轨道向同平面高圆轨道的小推力过渡,仿真结果验证了所提供方法的有效性。 展开更多
关键词 轨道转移 交会 最优控制 有限推力 卫星
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偏心航天器有限推力姿轨耦合控制
17
作者 刘江 贾英宏 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2024年第4期45-54,共10页
针对偏心航天器存在大轨控推力偏心以及轨控推力大小不可调节的问题,提出一种有限推力轨道与姿态控制方案.该轨道控制方案可以同时控制多个轨道要素.轨道控制中将控制量设计为推力角,解决轨控推力大小不可调节的问题.设计姿态控制方案... 针对偏心航天器存在大轨控推力偏心以及轨控推力大小不可调节的问题,提出一种有限推力轨道与姿态控制方案.该轨道控制方案可以同时控制多个轨道要素.轨道控制中将控制量设计为推力角,解决轨控推力大小不可调节的问题.设计姿态控制方案对轨控所期望的推力角进行跟踪,并考虑轨控推力偏心形成的大干扰力矩.针对大干扰问题对传统的渐近稳定姿态控制律进行了改进,从而利用三轴姿态的耦合关系抵消干扰力矩的影响.通过数值仿真验证了轨道姿态控制方案的有效性. 展开更多
关键词 姿轨耦合 有限推力 推力偏心 姿态跟踪
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航天器最优受控绕飞轨迹推力幅值延拓设计方法 被引量：6
18
作者 朱小龙 刘迎春 高扬 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期756-769,共14页
针对航天器燃料最优可变周期绕飞轨迹的求解问题,提出了一种以推力幅值为延拓参数的延拓方法.问题求解从最为简单的双脉冲绕飞轨迹出发,首先利用有限推力替代脉冲推力,设定推力序列为"开—关—开",然后逐步减小推力幅值,最终... 针对航天器燃料最优可变周期绕飞轨迹的求解问题,提出了一种以推力幅值为延拓参数的延拓方法.问题求解从最为简单的双脉冲绕飞轨迹出发,首先利用有限推力替代脉冲推力,设定推力序列为"开—关—开",然后逐步减小推力幅值,最终得到最小推力绕飞轨迹;此后,再逐步增加推力幅值,结合主矢量曲线判断最优推力开关序列,将最小推力解延拓至有限推力以及脉冲推力燃料最优解.该方法通过对推力幅值的延拓,实现了有限推力bang-bang控制与脉冲推力燃料最优绕飞轨迹优化问题的一并求解,同时避免了最优控制问题中协态变量的随机猜测.慢速与快速绕飞算例的优化结果验证了所提出方法的有效性. 展开更多
关键词 绕飞轨迹 延拓方法 轨迹优化 燃料最优 有限推力 脉冲推力
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摄动情况下有限推力轨道转移与交会联合优化 被引量：6
19
作者 韩威华 甘庆波 +1 位作者 王晓光 杨新 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期1486-1491,共6页
远程轨道转移与近程交会是空间交会任务的2个重要阶段,前后衔接,但研究模型不同,任务约束要求差异很大,经常只能分别优化设计。研究摄动情况下的有限推力轨道转移与交会联合优化设计问题,建立了精确的有限推力轨道转移和空间交会模型,... 远程轨道转移与近程交会是空间交会任务的2个重要阶段,前后衔接,但研究模型不同,任务约束要求差异很大,经常只能分别优化设计。研究摄动情况下的有限推力轨道转移与交会联合优化设计问题,建立了精确的有限推力轨道转移和空间交会模型,推力幅值恒定,优化性能指标均为时间最短。采用Gauss伪谱法将2个最优控制问题分别转化为非线性规划(nonlinear programming,NLP)问题,再建立其联系,构建成一个NLP问题,获得整体优化。最后,通过一个仿真算例,验证了有限推力异面轨道转移与空间交会联合优化。求解过程和结果表明,该方法对初值敏感度小、鲁棒性强、收敛快,满足各类约束条件,能为相关的多阶段整体优化问题求解提供参考。 展开更多
关键词 摄动 有限推力 轨道转移与交会 联合优化 GAUSS伪谱法
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有限推力能量、燃料最优轨道转移控制 被引量：5
20
作者 岳新成 杨莹 耿志勇 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期715-719,共5页
应用间接法研究了时间固定下的能量、燃料以及能量-燃料最优有限推力轨道转移控制问题。燃料最优问题因存在奇异性而不易处理,引入能量性能指标可以消除奇异性,应用ε算法寻求解决了燃料最优轨道转移问题。应用极小值原理,设计了最优控... 应用间接法研究了时间固定下的能量、燃料以及能量-燃料最优有限推力轨道转移控制问题。燃料最优问题因存在奇异性而不易处理,引入能量性能指标可以消除奇异性,应用ε算法寻求解决了燃料最优轨道转移问题。应用极小值原理,设计了最优控制器,应用单值打靶法研究了相应轨迹优化问题转化的两点边值问题。数值结果表明在相同推力、相同轨道转移时间条件下,三种最优控制方式得到的最优轨迹几乎相同;同时也表明给定初始和目标轨道,轨道转移任务消耗的燃料是确定的,推力大小只影响轨道转移的圈数。 展开更多
关键词 轨道转移 有限推力 燃料最优 极大值原理 打靶法
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