一种基于伪谱法的助推-补能跳跃滑翔轨迹优化方法

针对大气层边缘补能-跳跃滑翔运动,建立了一种助推-补能跳跃滑翔全程空间运动模型以及补能滑翔段无量纲运动方程。提出了一种基于Gauss伪谱法的动态分段串行优化策略,可对助推段俯仰程序角、补能-跳跃滑翔段飞行攻角、倾侧角以及补能时刻等轨迹控制变量进行求解,实现含连续/离散控制变量的轨迹优化一体化设计。分别对助推-补能跳跃滑翔和助推-拟平衡滑翔轨迹优化开展仿真,验证了针对补能-跳跃滑翔轨迹的分段串行优化策略的有效性,同时分析了相同助推规模和飞行器质量条件下,补能跳跃轨迹相较拟平衡滑翔轨迹在增大飞行时间、航程和机动过载能力上更具优势。

火星表面上升轨迹映射伪谱凸优化方法

针对火星表面上升轨迹优化问题,提出了映射Chebyshev伪谱凸优化方法。首先采用无损凸化方法对火星表面上升燃耗最优问题进行凸松弛,然后将凸化后的问题在映射Chebyshev-Gauss-Lobatto点处离散,利用重心有理Lagrange插值技术进行插值,最后使用序列凸优化方法迭代求解,得到数值最优解。仿真对比了本文方法、一般伪谱凸优化方法和经典的序列凸优化方法,证明了本文方法在计算效率方面存在优势,并有效改善了标准Chebyshev微分矩阵的病态特性。

基于高斯伪谱法的枪榴弹制导算法

针对目前枪榴弹制导算法稀少,传统中大口径弹药的制导方法不适用于枪榴弹制导等方面的问题,提出基于高斯伪谱法的枪榴弹制导算法。该算法利用高斯伪谱法规划出一条最优弹道作为标准弹道,依据实时弹道和标准弹道的偏差生成制导指令。以修正能量和制导精度为指标,对该算法进行仿真验证,结果表明该算法具有修正能量小、制导精度高的特点,易于在枪榴弹上实现与应用。

基于APSO的微纳卫星编队轨迹规划方法

针对微纳卫星编队在指定时间内由初始构型到指定构型的路径规划问题,提出了一种基于自适应惯性权重粒子群优化(adaptive-inertial-weightedparticleswarmoptimization,APSO)算法的轨迹规划方法。首先,通过Radau伪谱法将轨迹规划的连续最优控制问题离散化为参数优化的非线性规划(nonlinear programming, NLP)问题;其次,采用APSO算法对NLP问题求解,避免了复杂梯度求解困难的问题,同时降低了计算量;最后,通过仿真实验表明,所提方法可在更短时间内求得满足约束条件的最优轨迹,以完成在线轨迹规划任务。

面向突防的滑翔制导炮弹弹道规划方法

针对滑翔制导炮弹在不可避免的威胁区域内选择突防方案的问题,从量化威胁值的角度建立了敌方防御手段的数学模型,基于模型设计了全程综合威胁值最低的规划指标,提出考虑目标防御威胁的弹道规划方法。为实现滑翔制导炮弹全程飞行过程中初始弹道倾角、偏角、火箭点火时刻、滑翔启控时刻等各参数的最佳匹配,建立了多阶段全弹道规划模型,并采用hp自适应伪谱法将最优控制问题转换为非线性规划问题求解。通过仿真验证了在该指标下滑翔制导炮弹对目标防御的规避效果,分析了影响有效性的因素。与传统弹道规划方法进行对比,证明了所提方法的优越性。

hp自适应伪谱法空天飞行器轨迹优化

空天飞行器具有廉价、便捷、可靠、自主等优点,是具有战略威慑和实战能力的新概念飞行器,该文针对其上升段轨迹优化问题展开研究,首先构建适用于空天飞行器轨迹仿真体系结构和数据模型;接着基于hp自适应伪谱法的最优轨迹求解方法,将含有微分约束的最优轨迹优化问题转化为代数约束的非线性规划问题,运用序列二次规划求解,然后研究hp自适应伪谱法的燃料最优轨迹设计方法;并且对比传统定动压轨迹优化方法和采用hp自适应轨迹优化算法下的燃料消耗情况,仿真结果表明采用hp自适应伪谱法的最优轨迹燃料消耗相对于传统的定动压优化算法更少,最后验证hp自适应轨迹优化算法的有效性和精确性。

基于Gauss伪谱法的高空飞行器再入段轨迹优化对传热效应的影响分析

基于Gauss伪谱法和二阶有限差分(Gauss Pseudospectral Method,GPM),研究了再入过程中高速飞行器的传热问题,并依据最内温层升温最小的目的进行飞行轨迹的数值优化。主要思路:构造传热分析模型,并依据传热方程构造每一温层的传热微分方程;将各温层微分方程以及动力学微分方程作为伪谱法中的微分方程约束条件代入,进行轨迹数值优化设计;利用少量LG点构造拉格朗日多项式,再通过一维插值获得大量LG点的值,获得更高精度的拟合结果曲线。以某高超声速飞行器为对象用本方法进行数值计算,结果验证了方法具有一定的可行性。

一种高超声速滑翔式导弹轨迹优化方法

以高斯伪谱法为基础,考虑多段多复杂约束,提出了一种面向突防任务需求,通过罚函数法处理非全程飞行高度与飞行攻角约束的高超声速滑翔式导弹轨迹优化方法。通过仿真结果可以看出,初始状态约束、控制约束、过程约束与终端状态约束均得到了有效控制,且罚函数法处理突防任务段约束相较于常规分段约束法在约束量收束方面更具备优势,能够为后续设计工作保留更多的余量。此外,仿真结果还验证了该方法在不同射程、不同发射点高度和目标点高度条件下的有效覆盖能力。

基于危险斥力场的车间AGV挂接路径规划算法研究

自动导航车辆(AGV)要实现物料的运输,需要通过车钩等装置挂接料车。在对车间AGV物流车的导航算法研究中,避障路径规划一直都是研究的重点。借鉴人工势场法和万有引力定律,使用危险斥力场对车间自动导航小车挂接工况中的道路和障碍物建立模型,考虑到AGV慢速行驶的特点,选择线性二自由度动力学模型对车辆建模,进一步分析AGV挂接过程中的约束条件,采用危险斥力场积分最小的“最安全”及兼顾快速的性能指标作为优化目标,建立最优控制问题数学模型,使用高斯伪谱法进行求解。求解结果和仿真分析验证算法的有效性,基于危险斥力场的车间AGV挂接路径规划算法能够规划出一条安全无碰撞的路径。

高超声速飞行器编队协同飞行轨迹规划方法

针对多高超声速飞行器编队协同飞行问题,提出基于多飞行阶段建模和自适应伪谱法的轨迹规划方法。首先,建立了高超声速飞行器运动模型。然后,面向编队协同飞行问题,建立了任务终端约束和构形约束,并基于编队形成段、稀疏编队段、紧凑编队段的多阶段划分对轨迹规划问题进行建模,在此基础上给出编队飞行综合性能指标函数。随后,提出基于hp自适应Radau伪谱法和序列二次规划的编队协同飞行轨迹规划方法。最后,通过仿真实验验证了多飞行阶段协同飞行轨迹规划方法的有效性。

基于伪谱法的翼伞系统归航轨迹容错设计

针对翼伞系统在归航过程中,控制电机工作异常致使控制性能发生变化,无法按原有规划轨迹到达目标点的问题,提出一种基于Gauss伪谱法的归航轨迹容错设计方法.首先根据翼伞系统控制特性的不同,分别建立了正常和单电机异常工作状态下的质点模型,并根据伞形参数确定了两种工作状态下的约束条件和目标函数;其次,利用Gauss伪谱法分别对两种工作状态下轨迹规划的最优控制问题求解,获得翼伞系统不同状态下的最优飞行轨迹.仿真结果表明,在约束情况下,翼伞系统无论在正常和单电机异常工作时都可以顺利到达目标点,获得高精度的飞行轨迹.

伪谱法及其在飞行器轨迹优化设计领域的应用综述

采用伪谱法进行飞行器轨迹优化设计是近年来的热点研究方向,然而较全面地对各种方法进行综合分析的文献却很少。在对国内外相关文献进行系统研究的基础上,阐述了航空航天领域应用较为广泛的几种伪谱法的基本原理;归纳了伪谱法将连续最优控制问题转化为非线性规划问题的思路和具体步骤;总结了伪谱法在飞行器轨迹优化设计领域的应用情况;对伪谱法及其在飞行器轨迹优化设计领域应用的未来研究方向进行了分析。

基于改进BISQ机制的双相HTI介质波传播伪谱法模拟与特征分析

改进BISQ(Biot-Squirt)机制在不引入特征喷流长度的情况下,将含流体孔隙介质中Biot流动和喷射流动两种重要的力学机制有机地结合起来,且各相关参数具有明确物理意义和可实现性.本文将改进BISQ机制一维孔隙流体压力公式推广到三维具有水平对称轴横向各向同性介质(HTI介质)情况,结合裂缝各向异性理论,给出了基于改进BISQ机制的双相HTI介质模型及其二维三分量波传播方程,采用伪谱法求解该方程,进行了不同相界、不同频率以及双层地质结构情况下该类介质中波场的数值模拟与特征分析.数值模拟结果表明:伪谱法模拟精度高,压制网格频散效果好,可以得到高精度的波场快照和合成记录;基于改进BISQ机制的双相HTI介质模型兼具裂缝各向异性特征和孔隙弹性特征,其为从双相各向异性理论角度深入研究裂缝性储层的地震响应奠定了理论基础.

基于Gauss伪谱法和直接打靶法结合的月球定点着陆轨道优化

将一种求解最优控制问题的新方法—高斯伪谱法(Gauss Pseudospectral Method-GPM)和传统的直接打靶法有效结合,对月球着陆器定点软着陆轨道快速优化问题做出了研究。推导了高精度模型下着陆动力学方程。针对优化方法各自的特点和多约束条件下最优月球软着陆轨道设计的难点,提出了问题求解的串行优化策略:将控制变量和终端时间一同作为优化变量,同时离散控制变量与状态变量,取较少的Gauss节点,利用GPM求解初值,初值的求解采用从可行解到最优解的串行优化策略;在Gauss节点上离散控制变量,利用直接打靶法求解精确最优解。仿真结果表明,本文提出的轨道优化方法具有较强的鲁棒性和快速收敛性。

TTI介质各向异性伪谱法逆时偏移

在Thomsen精确相速度方程和弱各向异性假设前提下,将VTI相速度方程拓展为TTI介质相速度方程,进而得到TTI介质的P波方程。利用伪谱算法对P波方程进行了正演和逆时偏移,并和各向同性F-X域深度偏移效果进行了对比,结果表明:①对于各向异性介质,利用各向同性的偏移算法得到的结果会有误差,成像结果有明显的畸变;②在考虑效率和精度的前提下,伪谱法由于其利用快速二维傅里叶变换解决空间导数的计算问题,这对于实际应用中计算成本颇高的逆时偏移是一个较理想的选择;③推导的近似方程在弱各向异性条件下可以较好地应用于TTI介质中。

线性粘弹体中地震波场伪谱法模拟技术

以积分本构方程为基础,应用对应原理建立线性粘弹体中的波动方程,采用伪谱法进行数值模拟.实际计算结果表明该方法能有效模拟标准线性粘弹体中地震波的传播.

缝洞型储层错格伪谱法模拟

文中对传统伪谱法和其改进的错格伪谱法从理论方法及实例试算进行了分析及对比,总结了错格伪谱法的优点。通过脉冲序列一阶微分算例更加突出了错格伪谱法微分的局部化优点;通过二维声波的算例验证了错格伪谱法的正确性;通过不均匀介质中弹性波的算例验证了错格伪谱法比传统伪谱法有更高的精度。最后用错格伪谱法模拟了不均匀缝洞型储层介质中弹性波的传播问题。

伪谱法分离波动方程弹性波模拟

本文在一阶分离波动方程的基础上,推导出了相应的二阶分离波动方程的简单形式。采用交错网格和常规网格伪谱法,实现了一阶及二阶波动方程波场P波和S波的分离模拟。同时对一阶、二阶波场分离模拟结果,以及分离法与非分离法模拟结果进行了对比研究。结果表明:一阶与二阶伪谱法分离的效果大致相当,一阶分离法在走时拾取上略占优势,但二阶分离法在振幅和子波形态保护及分离彻底性方面优势明显;实际计算中分离法比非分离法更为灵活多变。

基于hp自适应伪谱法的飞行器再入轨迹优化与制导

研究了一种基于hp自适应伪谱法的飞行器再入在线轨迹优化与制导方法。首先针对飞行器再入段在末速度最大的条件约束下进行了轨迹优化;然后针对再入段地球大气分布不均匀、建模误差、扰动等因素,设计了基于hp自适应伪谱法的反馈制导方法;最后进行了数学仿真研究。仿真结果表明:采用本文提出的反馈制导方法得到的末速度为6.93 km/s,比未采用闭环制导的方法提高了0.33 km/s,并且制导精度提高了15倍。

基于高斯—伪谱法的月球定点着陆轨道快速优化设计

利用高斯伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM),对登月飞行器定点软着陆轨道快速优化问题做出了研究。将控制变量和终端时间一同作为优化变量,同时离散控制变量与状态变量,对最优控制问题进行求解。并针对GPM的特点,设计了从求取初值到高精度参数的软着陆轨道优化策略。利用此方法求取了月面着陆可达区域,在此基础上对定着陆点最优轨道进行了设计。仿真结果表明此方法具有较强的鲁棒性和快速收敛性。