復(fù)雜約束下月面軟著陸的軌跡優(yōu)化研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、月球探測計劃開辟了人類探索外太空的新時代,對科技、經(jīng)濟(jì)、政治和軍事的發(fā)展有著重要意義。其中,從軌道下降的月面軟著陸是各國探月計劃中最為重要的環(huán)節(jié)之一,而垂直起飛垂直軟著陸也是未來月面活動中最有發(fā)展前景的機(jī)動方式,故本文研究這兩種情況下的月面軟著陸軌跡優(yōu)化問題。月面軟著陸軌跡優(yōu)化本質(zhì)上是一個最優(yōu)控制問題,其具有多種復(fù)雜約束,如著陸速度、位置和姿態(tài)、姿態(tài)角速率、發(fā)動機(jī)推力、多階段連接、復(fù)雜地形地貌、動力學(xué)微分方程等,本文基于高斯偽譜法對優(yōu)化

2、問題進(jìn)行求解。高斯偽譜法將連續(xù)最優(yōu)控制問題離散化為非線性規(guī)劃問題,具有較少的參數(shù)、較高的精度、較快的計算效率、較好的穩(wěn)定性等特點。但離散化后的非線性規(guī)劃問題具有非凸、大規(guī)模、非線性強、求解容易出現(xiàn)病態(tài)情況等特點,命題求解過程中,仍然存在求解可行性和可靠性、求解精度、求解效率等不足。本文聚焦于以上問題,主要內(nèi)容和成果如下:
  (1)全面介紹月球探測和月面軟著陸問題的背景和研究意義,除介紹典型的阿波羅軟著陸外,還探討了垂直起飛垂直軟

3、著陸機(jī)動方式的過程和優(yōu)勢,并建立探月器月面軟著陸軌跡優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)機(jī)理模型。
  (2)對于約束條件互斥的復(fù)雜推力約束問題,提出基于R函數(shù)和一元高次不等式兩種描述方法,將不連續(xù)推力約束轉(zhuǎn)化為非線性代數(shù)不等式約束,更簡潔方便地將互斥約束問題統(tǒng)一在同一優(yōu)化問題中描述。對于復(fù)雜推力約束下軟著陸主制動段的求解,提出約束漸強和高斯配點精細(xì)化這兩種初始化策略,增強優(yōu)化命題求解收斂性,提高計算機(jī)優(yōu)化求解效率。
  (3)對于月面復(fù)雜地形約

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