【摘 要】
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运载火箭一子级的回收能够有效降低发射成本、缩短发射周期、减小火箭残骸对地面的破坏,发展前景非常广阔。运载火箭一子级动力回收对轨迹规划的快速性和制导的精准性提出了更高的要求,论文针对此问题开展了研究,主要内容包括:研究了回收段标准轨迹设计方法。建立了运载火箭的运动模型,针对回收段轨迹标准轨迹设计问题,提出了一种基于罚函数法、遗传算法与序列二次规划方法的组合优化方法。首先利用罚函数思想对复杂约束进行了
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运载火箭一子级的回收能够有效降低发射成本、缩短发射周期、减小火箭残骸对地面的破坏,发展前景非常广阔。运载火箭一子级动力回收对轨迹规划的快速性和制导的精准性提出了更高的要求,论文针对此问题开展了研究,主要内容包括:研究了回收段标准轨迹设计方法。建立了运载火箭的运动模型,针对回收段轨迹标准轨迹设计问题,提出了一种基于罚函数法、遗传算法与序列二次规划方法的组合优化方法。首先利用罚函数思想对复杂约束进行了有效处理,其次利用遗传算法进行全局寻优,为利用序列二次规划算法进行局部寻优确定一个好的初值,有效降低了传统优化方法对初值的敏感程度,提高了最优解的精度。研究了再入段的轨迹跟踪制导方法。以跟踪标准轨迹为基本方案,根据再入段高度单调下降的特点建立了以高度为自变量的再入段摄动方程,对其控制特性进行了分析。在此基础上,提出了基于干扰观测的动态逆轨迹跟踪制导方法。首先设计了非线性干扰观测器,实现了对外部干扰的有效估计。在此基础上进一步设计了双环动态逆控制器,有效提高了轨迹跟踪的精度以及制导方法的鲁棒性。研究了基于凸优化的着陆段轨迹规划方法。首先建立了着陆段轨迹规划问题的模型,利用无损凸优化方法和线性化方法对问题中的非线性运动方程约束、非凸推力约束以及自由终端时间进行凸化处理,将原问题转化为一系列凸优化子问题。利用高效的内点算法对其迭代求解,可快速获得原问题的最优解。研究了基于在线轨迹规划的着陆段制导方法。以凸优化在线生成可行轨迹及制导指令为基本方案,设计了合适的开机策略,确保着陆段起始处的轨迹规划问题是可行的。设计了在线轨迹规划算法,提高了在线轨迹规划的效率和成功率。设计了一种基于视加速度补偿的轨迹跟踪制导方法,提高了制导算法的抗干扰能力。仿真结果表明,所提出方法具有抗干扰能力强和制导精度高等特点。本文研究能够为发展可重复使用运载火箭的轨迹规划与制导技术提供理论基础,并为我国开展可重复使用运载火箭研制工作提供技术支持。
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