垂直起降可重復(fù)使用運(yùn)載火箭是在近年來開始進(jìn)入實(shí)用階段的能夠以更低成本、更高效率將有效載荷送入空間的一種有效工具。這一新型飛行器從概念提出到實(shí)際應(yīng)用,以至于在對(duì)其未來發(fā)展的探索過程中,牽引了包括先進(jìn)制導(dǎo)控制技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展。與此同時(shí),隨著優(yōu)化理論、算法和計(jì)算設(shè)備的發(fā)展,高效可靠的在線軌跡優(yōu)化技術(shù)在學(xué)術(shù)和工程領(lǐng)域均被認(rèn)為可為未來先進(jìn)制導(dǎo)應(yīng)用提供有效的解決方案。論文在上述背景下,以具有計(jì)算快速性和收斂確定性理論優(yōu)勢(shì)的凸優(yōu)化算法作為基本工具,開展針對(duì)火箭子級(jí)精確軟著陸問題的在線軌跡優(yōu)化和最優(yōu)制導(dǎo)方法研究。論文主要工作集中在對(duì)非凸軌跡優(yōu)化問題的凸化處理以及對(duì)相應(yīng)高效率、高精度軌跡優(yōu)化和制導(dǎo)算法的設(shè)計(jì)上,主要研究?jī)?nèi)容如下:對(duì)可重復(fù)使用運(yùn)載火箭子級(jí)著陸飛行特性進(jìn)行了分析,根據(jù)子級(jí)著陸過程中受力特點(diǎn)和關(guān)鍵狀態(tài)剖面變化規(guī)律,給出了軌跡優(yōu)化問題建模依據(jù);建立了兩套滿足不同飛行階段應(yīng)用需求的不同復(fù)雜度的優(yōu)化模型;依據(jù)凸優(yōu)化理論,對(duì)兩套模型的非凸特性進(jìn)行了分析;使用偽譜法對(duì)連續(xù)最優(yōu)控制問題進(jìn)行了離散化處理�；鸺蛹�(jí)著陸軌跡優(yōu)化問題中的非凸約束主要有兩類,一是具有殼狀可行域的推力幅值約束,二是非線性的... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

獵鷹-9火箭一子級(jí)海上著陸飛行剖面示意圖（非真實(shí)尺度）

化的適用于未來火星探測(cè)精準(zhǔn)著陸的制導(dǎo)算法[29-32]。G-FOLD 算法正是無損凸法研究的開端，是在線軌跡優(yōu)化方法應(yīng)用于制導(dǎo)問題中的價(jià)值極高的探索，體內(nèi)容在后文的文獻(xiàn)綜述中討論。ADAPT 的機(jī)體是由 Masten 公司提供的 XA-0.1B Xombie 亞軌道火箭，配有海平面推力 3.3 kN 的“短斧”液氧/異丙醇火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。Xombie 自帶姿態(tài)控統(tǒng)和飛行管理系統(tǒng)，由 JPL 提供的運(yùn)行 G-FOLD 算法的箭載計(jì)算機(jī)則以有效的形式搭載在 Xombie 上并與其飛行管理系統(tǒng)連接。該箭機(jī)采用配有 1.4 GHz英特爾 M 處理器、1 GB 內(nèi)存、16GB 固態(tài)硬盤以及 100 Mbps 以太網(wǎng)接口的計(jì)算機(jī)，并搭載配有 Xenomai 實(shí)時(shí)內(nèi)核補(bǔ)丁的 Gentoo Linux 操作系統(tǒng)。在這機(jī)上，基于凸優(yōu)化的 G-FOLD 算法的計(jì)算耗時(shí)為 100 毫秒左右，具備實(shí)現(xiàn)制能的能力。在文獻(xiàn)[32]中，其專門指出 G-FOLD 在 ADAPT 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的“制導(dǎo)指為控制系統(tǒng)生成前饋參考軌跡。在 2012 至 2014 年，ADAPT 共進(jìn)行了 8 次的飛行試驗(yàn)，其中前三次 G-FOL地面執(zhí)行，后 5 次在箭上執(zhí)行，有效地驗(yàn)證了算法的預(yù)期設(shè)計(jì)性能。其實(shí)際飛行場(chǎng)景和飛行剖面如圖 1-2 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]深空探測(cè)小推力軌跡優(yōu)化的間接法與偽譜法研究[D]. 郭鐵丁.清華大學(xué) 2012
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本文編號(hào)：3383880