基于遗传算法的有限推力交会轨道优化仿真

针对有限推力空间飞行器交会对接逼近段燃料/时间组合最优轨道优化问题,提出了一种采用遗传算法求解的优化策略.以C-W方程为交会模型,将整个逼近段分为若干弧段,在每个弧段内追踪航天器均采用常值推力机动,这样可以求得C-W方程在每个弧段内的解析解,于是,交会对接逼近段的轨道优化问题可以转化为具有非线性约束的数学规划问题,最后采用广义拉格朗日-遗传算法对该问题进行了优化求解.数学仿真结果表明,该方法可以很好的解决交会对接终端逼近段燃料/时间组合最优轨道优化问题.     

基于傅里叶级数的小推力航天器快速轨迹设计

为了满足小推力航天器交会轨迹的快速性设计需求,基于形状逼近理论,设计了一种三维轨迹模型.将轨迹设计问题转换为求解傅里叶级数的系数问题,避免了轨迹运动方程非线性强、难以求解的难题,极大地提高了计算效率.考虑到推力加速度的限制,建立了加速度约束方程,并结合轨迹的运动方程,给出了傅里叶级数的求解过程.同时根据边界条件和最大推力加速度值,定性地分析了傅里叶系数的存在条件.仿真验证了该方法的正确性和可行性,并从计算效率上与高斯伪谱法进行了对比,结果表明本文的方法计算耗时仅为高斯伪谱法的0.67%.     

欠驱动刚性航天器时间最优轨迹规划设计

应用伪谱法解决欠驱动刚性航天器的时间最优轨迹规划问题.首先建立欠驱动刚性航天器的动力学和运动学模型,对于给定的初末姿态,选取机动时间最短为待优化的性能指标,并考虑到实际控制输入受限,将其转化为优化过程中的不等式约束条件;然后应用Legendre伪谱法,将优化问题离散化为非线性规划问题进行求解.仿真结果表明,应用伪谱法规划得到的欠驱动航天器最优轨迹,能够较好地满足各种约束条件,而且计算精度高、速度快,具有良好的实时性.     

船舶动力定位系统推力分配优化算法研究

为了解决配置有舵的海洋工程船推力分配优化问题,采用分离变量技术与二次规划方法相结合的优化算法,把每个推进器产生的推力视为一个有限区域的凸多边形,来表示其可以达到推力大小的能力,这样推力分配问题可以分解成为一个有限且可以单独解决的子问题,且能够更好地找到解决问题的最优化方法,同时对于每个推进器的推力特性的限制可以看作是对问题解决添加更多的限制条件。仿真试验表明：这种技术可以很好地结合序列二次规划方法,试验取得了良好的定位效果。     

无人飞行器纵向剖面轨迹优化

对飞行管理系统的纵向剖面轨迹优化功能进行了研究.以固定距离最省油为优化指标,用能量法动态地建立了3阶段轨迹优化模型.区别于固定推力只对速度寻优的传统的模型求解方法,把发动机推力和速度同时作为寻优变量,并结合无人飞行器飞行的物理过程,将3阶段轨迹优化模型进一步变换成非线性规划问题,利用再开始FR(Fletcher-Revees)共轭梯度法进行求解.最后以某型无人飞行器为例进行仿真验证,结果表明将发动机推力设为变量比推力固定求得的纵向剖面最优轨迹更省油,对节省燃油降低经济成本有一定的实用参考价值.     

基于高斯伪谱法的分区联立动态优化策略

最优控制轨迹通常由不同类型的弧段组成,采用数值方法求解这类问题时,其优化轨迹的不连续性可能导致求解失败,为此基于高斯伪谱法,提出一种分区联立动态优化求解策略.该策略通过对优化时域合理分区,避免了由于控制轨迹不连续而导致的病态优化问题.另外,通过联立求解分区后的优化问题,能够满足各分区间的连接条件,而且可以使用较少的节点获得高质量的优化解.最后以抗生素发酵过程为例验证了所提出算法的有效性.     

采用混合遗传算法的有限推力轨道拦截优化

在轨道拦截问题中,研究了天基动能拦截器(KKV)的有限推力轨道拦截优化问题.针对在有限推力条件下,确定速度增益变轨方案,提出建立了轨道拦截优化数学模型,并将复形调优算法加入到遗传算法中,利用该混合遗传算法,以发动机燃料消耗质量最小、拦截时间最短和拦截脱靶量最小为综合优化指标,对轨道拦截进行了优化.以太阳同步轨道上的天基KKV拦截GPS卫星轨道上的目标点为例,分析了混合遗传算法用于轨道拦截优化的性能进行了仿真.仿真结果表明,混合遗传算法能有效解决轨道拦截这一复杂非线性多目标优化问题,同时增强了局部搜索能力,提高了计算效率.     

小推力轨道转移快速优化设计

在研究电推进系统中,为满足小推力转移轨道高精度在线生成的要求,伪光谱方法在电推进小推力轨道转移优化设计中的应用。首先对小推力航天器轨道转移最优控制问题模型进行无量纲化处理,以提高优化算法求解精度。然后采用基于勒让德-高斯-兰伯特配置点的勒让德伪光谱方法,将最优控制问题离散成约束参数优化问题,再利用适于求解大尺度非线性规划问题的TOMLAB/SNOPT优化软件包进行求解。通过数值仿真计算,求解生成了满足各类约束条件的小推力转移轨道,并利用余向量映射定理及极小值原理验证了所得轨道转移控制量的最优性。结果表明,勒让德伪光谱优化算法具有对初始猜测值不敏感、收敛速度快、精度高等优点。     

基于地平/恒星的GEO航天器自主导航仿真分析

研究航天器自主导航的优化测试问题,针对我国的GEO轨道及施加小推力后的航天器自主导航的研究却很少.对GEO轨道航天器来说,若其不在我国测站测控范围内,则难以实现轨道测控.针对上述问题,提出采用地平仪和星敏感器的自主导航方案.同时,考虑众多的GEO轨道航天器采用高比冲电推进技术用于位置保持以及寿命末期离轨,还研究了在沿轨道速度方向连续小推力作用期间的自主导航问题.通过仿真,结果表明采用地平仪和星敏感器以及推广卡尔曼滤波的自主导航方法可以适用于GEO轨道航天器.     

基于改进分段Gauss伪谱法的带推力高超声速 飞行器再入轨迹规划

再入轨迹规划是高超声速飞行器领域的热点问题,已吸引了众多国内外专家的关注. Gauss伪谱法以及分段Gauss伪谱法是解决含有多约束轨迹规划问题的一类有效工具.然而,发动机多次点火熄火导致推力不连续以及点火时刻控制输入的连续性要求是带推力高超声速飞行器再入轨迹优化面临的新挑战.本文将问题简化为多脉冲再入轨迹规划问题,基于改进分段Gauss伪谱法生成满足多条件约束的最优再入轨迹.通过设置分段Gauss伪谱法连续性条件,确保飞行器状态与控制输入在分段点处连续衔接.通过无动力自由再入与带推力再入算例对改进分段Gauss伪谱法进行说明,仿真结果也表明,改进分段Gauss伪谱法可有效求解带推力高超声速飞行器再入轨迹规划.