舰载特种起重机的时间能量综合最优控制

舰载特种起重机是我国正在研制开发的多关节、可折叠式船用起重机。研究它的高效节能运行模式 ,也就是时间—能量综合最优控制意义重大。本文通过引入加权变量得到舰载特种起重机的时间—能量综合最优性能指标 ,证明了综合最优解的结构 ,并进一步提出了“预测平均动态理论”的概念。应用此理论处理了舰载特种起重机的非线性和耦合 ,最终设计了反馈形式的时间 能量综合最优控制器。

欠驱动航天器姿态机动时间-能量最优控制研究

针对由动量飞轮作为执行机构的欠驱动航天器,研究以飞轮角加速度作为控制输入的航天器大角度姿态机动问题。利用四元数描述欠驱动航天器的姿态运动学模型,分别以时间最优控制、时间-能量最优控制作为目标函数进行了基于Chebyshev-Gauss(CG)伪谱法的优化设计和讨论。采用Clenshaw-Curtis积分近似得到了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进行离散,转变为一个非线性规划(NLP)的问题,NLP问题则可应用序列二次规划方法计算。两种目标函数优化的结果均使系统从初始姿态机动到终端姿态,终端角速度也都达到了预定值,对比发现时间-能量最优结果的能耗值比时间最优的能耗值小,但其机动耗时较长。

机械手时间-能量综合最优轨迹规划

利用 B样条函数逼近机械手运动轨线 ,并通过引入样条曲线的伪距离和伪速度参量化解轨迹 ,进一步利用动态规划法进行二维动态寻优 ,最终获得机械手时间能量综合最优轨迹 .

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。