遥感卫星小推力轨道转移控制

在太阳同步回归轨道遥感卫星的小推力轨道转移控制问题的研究中,小推力推进与化学推进方式有本质不同,不能再用速度脉冲的方法来设计轨道.针对推力方式不同的问题,采用了一组无奇点的春分点根数表示小推力卫星的动力学模型,从最优控制理论出发,给出了协态变量微分方程和最优推力方向,将轨道转移问题转化为非线性参数优化问题,利用非线性序列二次型规划法求解.对遥感卫星在1天回归和10天回归轨道之间的转移控制问题进行仿真,证明了方法的有效性.     

多次行星借力的小推力飞行控制策略研究

针对小推力深空探测器采用多次行星借力的飞行控制策略优化问题,文章提出了一种将推进段作为整体与滑行段进行打靶拼接的方法,最大限度地减少了优化设计时的待优化参数个数.首先,文章给出了小推力飞行轨道的间接优化设计模型和基于B平面理论的行星借力模型.随后,建立了给定开关机时序条件下的小推力借力飞行控制策略优化模型;最后,采用遗传算法和序列二次规划算法循环对该模型进行优化求解,并以地球–金星–地球–木星小推力飞行轨道控制策略优化设计为例进行仿真分析,仿真结果验证了优化模型的正确性和有效性,表明本文的研究方法可对小推力多次行星借力飞行的控制策略进行优化设计.     

基于微分进化算法的小推力逃逸轨道优化研究

对基于微分进化（DE）算法的小推力探测器逃逸轨道优化问题进行了研究。首先在极坐标下建立了二维的轨道动力学模型,然后以燃料最省为性能指标,建立了最优化模型。通过对推力方向角初值、方向角导数初值和加速度幅值初值等的猜测,获得逃逸时间较短时协态变量初值序列。仿真发现,随着时间变化协态变量初值呈现一定规律性,于是使用了一组指数函数来预测当逃逸时间变得更长时的协态变量初值,再将此初值代入DE算法中进行寻优,从而能较容易、较快速地寻找到最优轨迹和最优控制。     

航天器任意椭圆轨道最优转移问题研究

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。     

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%.     

面向观测任务的小卫星轨道仿真优化设计

研究对地观测小卫星轨道设计问题,是以区域覆盖性能为优化目标,对小卫星进行轨道设计。传统轨道设计方法要建立复杂的轨道动力学模型,优化过程计算量大、效率低,优化结果对不确定因素考虑不足。针对以上问题,结合遗传算法(GA)与灵敏度分析对面向区域观测任务的小卫星轨道进行优化设计。通过连接STK与VC实现覆盖性能计算,利用遗传算法实现小卫星轨道优化,采用灵敏度分析方法研究优化后的轨道参数变化对覆盖性能的影响程度。仿真结果表明优化后的小卫星轨道满足设计要求,能够达到覆盖性能最优。仿真结论,改进方法简单有效,优化效率高,可为实际工程中的小卫星轨道设计提供借鉴。     

卫星在降交点地方时不变的最优轨道转移研究北大核心CSCD

卫星在运行时要求降交点地方保持不变,而在卫星变轨前后降交点地方时不变情况下要用有限推力燃料达到最优异面轨道转移问题。针对降交点地方时不变、有限推力等难点,利用虚拟目标卫星的概念,建立了轨道转移的相对运动模型,提出了保证降交点位置不变的变轨初始条件;基于极小值原理将燃料最优变轨问题转化为两点边值问题,并采用共轭梯度法进行数值求解。针对变轨时间固定、连续推力情况,以总冲最小、满足各种约束为指标,进行了异面转移轨道的优化设计验证。仿真结果验证了卫星轨道转移策略和算法达到最优转移。     

Direct Trajectory Optimization and Costate Estimation of Infinite-horizon Optimal Control Problems Using Collocation at the Flipped Legendre-Gauss-Radau Points

A pseudospectral method is presented for direct trajectory optimization and costate estimation of infinite-horizon optimal control problems using global collocation at flipped Legendre-Gauss-Radau points which include the end point +1. A distinctive feature of the method is that it uses a new smooth, strictly monotonically decreasing transformation to map the scaled left half-open interval τ∈(-1, +1] to the descending time interval t ∈ (+∞, 0]. As a result, the singularity of collocation at point +1 associated with the commonly used transformation, which maps the scaled right half-open interval τ∈[-1, +1) to the increasing time interval [0,+∞), is avoided. The costate and constraint multiplier estimates for the proposed method are rigorously derived by comparing the discretized necessary optimality conditions of a finite-horizon optimal control problem with the Karush-Kuhn-Tucker conditions of the resulting nonlinear programming problem from collocation. Another key feature of the proposed method is that it provides highly accurate approximation to the state and costate on the entire horizon, including approximation at t = +∞, with good numerical stability. Numerical results show that the method presented in this paper leads to the ability to determine highly accurate solutions to infinite-horizon optimal control problems.      

Halo orbit mission correction maneuvers using optimal control

This paper addresses the computation of the required trajectory correction maneuvers for a halo orbit space mission to compensate for the launch velocity errors introduced by inaccuracies of the launch vehicle. By combining dynamical systems theory with optimal control techniques, we are able to provide a compelling portrait of the complex landscape of the trajectory design space. This approach enables automation of the analysis to perform parametric studies that simply were not available to mission designers a few years ago, such as how the magnitude of the errors and the timing of the first trajectory correction maneuver affects the correction ΔV. The impetus for combining dynamical systems theory and optimal control in this problem arises from design issues for the Genesis Discovery Mission being developed for NASA by the Jet Propulsion Laboratory.     

基于解析控制律的太阳帆星际转移轨道控制

太阳帆航天器可依靠反射太阳光子提供动力,因此较适用于远距离的星际转移任务.针对太阳帆航天器星际转移轨道控制问题,提出一种新的解析最优控制律,通过设定混合权重对各轨道根数进行联合控制.引入改进春分点轨道根数对解析控制律进行了优化推导,并以水星探测任务为背景进行了相应的仿真分析.仿真结果表明,该控制律计算速度较快,可对各个轨道根数进行联合控制,从而得到满足工程要求的太阳帆航天器星际转移轨道.     

分层迁移：分层多播拥塞控制中的快速响应方法

1 引言随着多播(multicast)技术的发展以及多播主干(Mbone)的普及,在Internet上出现了许多基于IP多播的音频/视频会话工具和多播流应用,然而这类应用却面临Internet的异构性和缺乏拥塞控制等主要问题。缺乏拥塞控制措施的多播应用无疑会影响行为规范的TCP流,还有导致网络瘫痪的可能。基于收方驱动的分层多播协议(RLM)最先提出分层多     

求解最优控制问题的Chebyshev-Gauss伪谱法

提出了一种求解最优控制问题的Chebyshev-Gauss伪谱法, 配点选择为Chebyshev-Gauss点. 通过比较非线性规划问题的Kaursh-Kuhn-Tucker条件和伪谱离散化的最优性条件, 导出了协态和Lagrange乘子的估计公式. 在状态逼近中, 采用了重心Lagrange插值公式, 并提出了一种简单有效的计算状态伪谱微分矩阵的方法. 该法的独特优势是具有良好的数值稳定性和计算效率. 仿真结果表明, 该法能够高精度地求解带有约束的复杂最优控制问题.     

CG伪谱法在欠驱动航天器姿态机动最优控制中的应用

使用Chebyshev-Gauss(CG)伪谱法研究带动量轮和推力器的欠驱动航天器姿态最优控制问题.基于欧拉姿态角和动量矩定理导出两类航天器姿态运动模型,采用Clenshaw-Curtis积分近似得到性能指标函数中的积分项,应用重心拉格朗日插值逼近状态变量和控制变量,将连续最优控制问题离散为具有代数约束的非线性规划(NLP)问题,通过序列二次规划(SQP)算法求解.数值仿真结果表明,对两类欠驱动航天器的姿态机动最优控制均能达到设计控制要求,得到的姿态最优曲线与验证得到的曲线几乎完全重叠.     

一种基于WebGIS的加权最佳换乘算法与实现

在基于WebGIS的交通信息发布系统中,公交换乘信息是比较受关注的。分析了选择公交出行路线时所要考虑的因素和WebGIS对响应时间的要求,提出了加权最佳换乘算法。酋先引入了公交换乘的网络数学描述,给出了公交换乘最少换乘算法。然后引入用交通阻抗来评价路线选择的好坏,结合了最少换乘算法的优点和不足对其进行改进,得到了加权最佳换乘算法。最后给出了加权最佳换乘算法的实现,并在两个交通网络中进行测试,说明该算法可行、高效。     

Optimization of the separation of two species in a chemostat

In this work, we study a two species chemostat model with one limiting substrate, and our aim is to optimize the selection of the species of interest. More precisely, the objective is to find an optimal feeding strategy in order to reach in minimal time a target where the concentration of the first species is significantly larger than the concentration of the other one. Thanks to the Pontryagin Maximum Principle, we introduce a singular feeding strategy which allows to reach the target, and we prove that the feedback control provided by this strategy is optimal whenever initial conditions are chosen in the invariant attractive manifold of the system. The optimal synthesis of the problem in presence of more than one singular arc is also investigated.     

A mixed-binary non-linear programming approach for the numerical solution of a family of singular optimal control problems

This paper presents a new approach for the efficient solution of singular optimal control problems (SOCPs). A novel feature of the proposed method is that it does not require a priori knowledge of the structure of solution. At first, the SOCP is converted into a binary optimal control problem. Then, by utilising the pseudospectral method, the resulting problem is transcribed to a mixed-binary non-linear programming problem. This mixed-binary non-linear programming problem, which can be solved by well-known solvers, allows us to detect the structure of the optimal control and to compute the approximating solution. The main advantages of the present method are that: (1) without a priori information, the structure of optimal control is detected; (2) it produces good results even using a small number of collocation points; (3) the switching times can be captured accurately. These advantages are illustrated through a numerical implementation of the method on four examples.