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基于非线性模型预测控制的火星大气进入智能制导方法 被引量:1
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作者 胥彪 李翔 +1 位作者 李爽 张金鹏 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期1943-1953,共11页
针对火星大气进入精确制导问题,提出了基于非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)的智能进入制导方法。首先,考虑了进入制导约束,采用NMPC方法设计制导算法。通过引入衰减记忆滤波器,提出了基于误差信息估计的... 针对火星大气进入精确制导问题,提出了基于非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)的智能进入制导方法。首先,考虑了进入制导约束,采用NMPC方法设计制导算法。通过引入衰减记忆滤波器,提出了基于误差信息估计的预测模型修正方法,增强系统对模型误差的鲁棒性,并利用变预测时域策略提高系统性能。然后,以NMPC制导系统为制导模板,在实际条件下生成大量样本数据集,进行深度神经网络(deep neural network,DNN)的离线训练。最后,在进入制导过程中利用DNN代替求解复杂优化问题和积分预测的过程,在线快速解算控制量,并结合横向制导实现智能制导。仿真结果表明,提出的制导方法能够快速计算指令,实现了高精度制导。 展开更多
关键词 火星进入制导 非线性模型预测控制 衰减记忆滤波器 深度神经网络 智能制导
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考虑不确定性的火星进入制导方法研究进展
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作者 江秀强 李爽 《控制与信息技术》 2019年第4期6-11,共6页
当前,火星大气进入的初始状态不确定性和动力学参数不确定性已经成为制约火星进入制导技术发展的瓶颈,为进一步提高火星进入制导的精度,考虑不确定性的火星进入制导技术成为了近年来的研究热点。文章对火星进入制导技术发展的主要挑战... 当前,火星大气进入的初始状态不确定性和动力学参数不确定性已经成为制约火星进入制导技术发展的瓶颈,为进一步提高火星进入制导的精度,考虑不确定性的火星进入制导技术成为了近年来的研究热点。文章对火星进入制导技术发展的主要挑战和现有方法进行了梳理,对考虑不确定性的火星进入制导技术的改进发展现状进行了分类总结,并对存在的主要问题和可能的解决途径进行了分析和展望。 展开更多
关键词 轨迹规划 火星进入制导 不确定性 标称轨迹制导 预测校正制导 鲁棒优化
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考虑控制约束和不确定性的火星最优进入制导
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作者 李毛毛 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第5期7-13,共7页
针对火星进入段控制受约束、大气环境以及探测器自身参数不确定性等问题,提出控制受约束的火星最优鲁棒进入制导方法.将针对参数不确定系统的最优性能指标转换为针对标称系统的修正性能指标;同时考虑控制约束,在性能指标中引入饱和函数... 针对火星进入段控制受约束、大气环境以及探测器自身参数不确定性等问题,提出控制受约束的火星最优鲁棒进入制导方法.将针对参数不确定系统的最优性能指标转换为针对标称系统的修正性能指标;同时考虑控制约束,在性能指标中引入饱和函数,将制导问题转化为求解修正Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程问题;由于HJB方程是偏微分方程,求解有难度,利用神经网络的逼近能力近似求解.本文制导方法保证了不确定系统有最优的性能指标上界和较强的鲁棒性.最后将其应用到火星进入制导中,仿真结果表明系统存在不确定的情况下,仍可以很好地满足火星进入段终端条件,控制量也在约束的范围内,从而验证所提方法的有效性. 展开更多
关键词 不确定系统 控制约束 HJB方程 火星进入制导
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火星进入段自适应预测校正制导方法 被引量:14
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作者 李毛毛 胡军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期506-515,共10页
针对火星进入段预测制导收敛性和可解性问题,给出基于一阶特征模型的全系数自适应预测校正制导律。该方法首先通过时变动态增益变换技术大幅度降低预测误差与制导修正量之间的时变动态增益;然后对变换后的系统建立修正量与广义航程误差... 针对火星进入段预测制导收敛性和可解性问题,给出基于一阶特征模型的全系数自适应预测校正制导律。该方法首先通过时变动态增益变换技术大幅度降低预测误差与制导修正量之间的时变动态增益;然后对变换后的系统建立修正量与广义航程误差间的一阶特征模型,应用全系数自适应方法估计一阶特征模型系数并求取制导修正量;再由标称制导剖面和制导修正量确定纵向制导输出,横向制导采用传统的漏斗边界制导方法。本文方法每个制导周期仅执行一次预测制导,依靠自适应控制的逐次逼近实现制导的收敛性,避免了基于迭代的传统预测校正制导方法的收敛性问题。针对预测校正制导收敛性这一国际上的难题,本文首次证明了全系数自适应预测校正制导律的收敛性。最后针对火星进入点多种初始误差的组合,以及火星大气密度和探测器气动参数的偏差,进行了多条轨迹的仿真。结果表明,全系数自适应预测校正制导具有较高的精度,在计算时间上也要优于基于迭代的预测校正制导方案,更加适合在工程上的应用。 展开更多
关键词 火星进入制导 全系数自适应 预测校正 组合误差仿真
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一种火星进入段在线脱敏轨迹设计方法
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作者 龙也 刘一武 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2016年第2期20-25,共6页
为降低轨迹求解难度,提升脱敏制导的适应性,针对火星进入段提出一种在线脱敏轨迹设计方法.首先,采用预测的末端航程偏差和状态敏感度作为性能指标,利用该指标为倾侧角凸函数的特性将最优求解问题转换为简单的动态寻优过程;其次,结合任... 为降低轨迹求解难度,提升脱敏制导的适应性,针对火星进入段提出一种在线脱敏轨迹设计方法.首先,采用预测的末端航程偏差和状态敏感度作为性能指标,利用该指标为倾侧角凸函数的特性将最优求解问题转换为简单的动态寻优过程;其次,结合任务要求和估计的进入点状态,通过迭代得到同时满足航程和横程要求的三自由度脱敏轨迹.仿真表明该方法可达到与现有脱敏设计相近的末端状态精度. 展开更多
关键词 鲁棒制导 在线脱敏设计 火星进入制导 脱敏最优控制
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火星大气进入段抗饱和固定时间阻力加速度跟踪制导律设计
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作者 龚有敏 郭延宁 +1 位作者 马广富 高新洲 《飞控与探测》 2020年第4期48-57,共10页
研究了具有固定时间收敛特性的火星探测器大气进入段的标称轨迹跟踪制导问题。首先,针对横向运动,给出与速度成线性关系的航向误差漏斗走廊形式,完成了倾侧角的反号逻辑设计。与横程漏斗走廊反号逻辑相比,该逻辑计算量小,更适用于宇航... 研究了具有固定时间收敛特性的火星探测器大气进入段的标称轨迹跟踪制导问题。首先,针对横向运动,给出与速度成线性关系的航向误差漏斗走廊形式,完成了倾侧角的反号逻辑设计。与横程漏斗走廊反号逻辑相比,该逻辑计算量小,更适用于宇航计算机。与航向误差宽度走廊反号逻辑相比,该逻辑在高速状态下能够避免倾侧角的频繁切换,可提高任务成功的概率。其次,针对纵向运动,通过RBF神经网络补偿了倾侧角饱和问题,利用积分滑模设计了阻力加速度固定时间饱和跟踪制导律,其不仅可有效消除滑模控制的抖振问题,且将跟踪误差以两种不同形式引入制导律,能够加速收敛,能够保证跟踪误差在固定时间内快速收敛至0。最后,通过数值仿真验证了所设计的横向倾侧角切换逻辑和纵向制导律对标称轨迹的快速、精确跟踪能力。 展开更多
关键词 火星大气进入制导 阻力加速度跟踪 固定时间 抗饱和 航向误差漏斗走廊
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火星进入段纵向脱敏局限性分析与三自由度脱敏设计 被引量:2
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作者 龙也 刘一武 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期861-868,共8页
针对火星进入段制导存在的"进入状态偏差"问题进行脱敏轨迹设计研究,以增强制导鲁棒特性,提升末端状态精度。首先分析倾侧角反转逻辑对弱机动能力航天器制导精度的影响,结果表明,存在倾侧角调整性能约束时,反转逻辑会引起末... 针对火星进入段制导存在的"进入状态偏差"问题进行脱敏轨迹设计研究,以增强制导鲁棒特性,提升末端状态精度。首先分析倾侧角反转逻辑对弱机动能力航天器制导精度的影响,结果表明,存在倾侧角调整性能约束时,反转逻辑会引起末端状态偏差并使系统对进入状态偏差敏感度上升,当制导采用现有纵向脱敏方法时其影响尤为突出,会导致严重失效问题;然后在解决敏感度传播奇异问题的基础上提出三自由度脱敏设计。其主要思路是轨迹优化中采用三自由度动力学方程,而敏感度罚项仍由纵向敏感度传播方程得出。蒙特卡洛仿真结果表明本文方法对进入状态偏差具有显著增强的鲁棒性能。 展开更多
关键词 火星进入段精确制导 鲁棒制导 轨迹脱敏优化 高斯伪谱法优化 脱敏最优控制
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采用弱攻角补偿与脱敏设计的火星进入段制导 被引量:1
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作者 龙也 刘一武 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期282-290,共9页
为提升火星进入段存在多种扰动时的制导末端精度,在现有三自由度脱敏设计的基础上,提出针对大气密度及升阻力系数波动的弱攻角补偿方法。通过攻角调整,协调升、阻力加速度测量值相对理论计算值的偏离程度,使加权形式的偏离程度指标趋近... 为提升火星进入段存在多种扰动时的制导末端精度,在现有三自由度脱敏设计的基础上,提出针对大气密度及升阻力系数波动的弱攻角补偿方法。通过攻角调整,协调升、阻力加速度测量值相对理论计算值的偏离程度,使加权形式的偏离程度指标趋近于1,从而降低气动参数波动对制导精度的影响。相平面分析和反证法证明了攻角调整过程的稳定性。蒙特卡洛仿真结果表明,该方法可达到较高的纵向末端状态精度。 展开更多
关键词 火星进入段精确制导 轨迹脱敏优化 弱攻角补偿 脱敏最优制导
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