申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2021-11-16

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN114117631B

主分类号：G06F30/15

分类号：G06F30/15;B64G1/62;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2022.03.18#实质审查的生效;2022.03.01#公开

摘要：本发明公开了一种带有最优终端时间估计的火箭回收轨迹优化方法，首先基于最优控制理论论证了火箭子级加速度变化趋势，进一步利用终端状态约束给出了终端加速度上界的解析形式，同时考虑到火箭子级着陆段飞行状态、发动机推力调节能力以及喷管质量流量等限制条件，垂直着陆过程中加速度变化率相对其速度变化率加速度为小量，选择最大加速度作为下界判断指标。最后，根据火箭子级加速度的连续变化特性，引入n阶多项式形式的终端加速度估计公式，通过比较多项式形式的终端加速度估计值与终端加速度上界给出最优终端时间上下界；本发明能够快速估计最优终端时间，收敛性能良好，具有较高的精度和计算效率，具备在线应用的潜力。

主权项：1.一种带有最优终端时间估计的火箭回收轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：估算终端加速度上界||amax||，求解火箭子级加速度的估计值步骤二：求解最优终端时间的下界对应的多项式次数iL，进而利用iL和iL+1计算得到最优终端时间的上下界步骤三：初始化试探点将t0f、分别代入轨迹优化问题P2，采用hp伪谱策略离散，进而基于内点法求解得到对应的性能指标函数J0f、目标函数：J＝min-ztf23过程约束： 边界约束： 推力方向及变化率约束： 推力幅值约束： 动力学方程： 轨迹优化问题P2：min23s.t.9,19,22,25～2631其中，r、v为火箭子级的位置、速度矢量；Isp为火箭子级发动机比冲；g＝[0,-g0，0]T为重力加速度矢量；T为发动机推力矢量，Γ为松弛变量， Tmin、Tmax为推力幅值上下界；m为火箭子级质量，mdry为结构质量，z＝lnm，t为飞行时间，ztf为终端时刻的z值；γ为推力摆角；ρ为大气密度；qmax为最大动压；下标0、f分别表示初始和终端值，而下标x、y、z则表示沿着陆点坐标系三轴方向的分量；问题中，状态变量x＝[r,v,z]T，控制变量u＝[uc,σ]T；步骤四：基于t0f,J0f、三点信息采用二次插值法寻优，得到将代入轨迹优化问题P2，采用hp伪谱策略离散，进而基于内点法求解得到启动解步骤五：初始化同伦参数ε＝0，置迭代次数k＝1，读取与启动解采用hp伪谱策略离散，进而基于内点法求解同伦迭代轨迹优化问题P3，得到最优解同伦迭代动力学方程： 推力幅值约束： 过程约束： 轨迹优化问题P3：min23s.t.19,22,27～2932其中，k为迭代次数，ρk、vk、zk为第k次迭代解，为第k次迭代求得的阻力加速度和升力加速度；步骤六：令ε＝ε+hε，hε为同伦迭代步长，将作为启动解，采用hp伪谱策略离散，进而基于内点法求解轨迹优化问题P3，令k＝k+1；步骤七：判断同伦参数ε≥1是否满足，如是则同伦过程完成，令ε＝1并执行步骤八，否则返回执行步骤六；步骤八：判断最优解收敛准则是否满足，xε为收敛常数，如是执行步骤九，否则将当前结果作为启动解，继续迭代求解轨迹优化问题P3，直至收敛；步骤九：输出最优轨迹更新计算时间。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京理工大学 一种带有最优终端时间估计的火箭回收轨迹优化方法

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