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Fuel-Optimal Trajectory Planning for Lunar Vertical Landing
1
作者 Kun Wang Zheng Chen Jun Li 《Guidance, Navigation and Control》 2024年第2期123-140,共18页
In this paper we consider a trajectory planning problem arising from a lunar vertical landing with minimum fuel consumption.The vertical landing requirement is written as a final steering angle constraint,and a nonneg... In this paper we consider a trajectory planning problem arising from a lunar vertical landing with minimum fuel consumption.The vertical landing requirement is written as a final steering angle constraint,and a nonnegative regularization term is proposed to modify the cost functional.In this way,thefinal steering angle constraint will be inherently satisfied according to Pontryagin's Minimum Principle.As a result,the modified optimal steering angle has to be determined by solving a transcendental equation.To this end,a transforming procedure is employed,which allows forfinding the desired optimal steering angle by a simple bisection method.Consequently,the vertical landing trajectory can be found offline by the indirect shooting method.Finally,some numerical examples are presented to demonstrate and verify the developments of the paper. 展开更多
关键词 lunar exploration vertical soft landing final control constraint trajectory optimization indirect shooting method
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定常推力登月飞行器最优软着陆轨道研究 被引量:10
2
作者 王劼 崔乃刚 +1 位作者 刘暾 李俊峰 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2003年第4期39-42,共4页
完成了推力幅值恒定的登月飞行器最优软着陆轨道的研究。建立了用于描述软着陆轨道任务的完整系统模型。通过将参数化方法和序列二次规划(SQP)方法应用于归一化处理后的模型,得到了飞行时间最优的轨道。
关键词 轨道控制 二体问题 月球探测器 最优软着陆轨道 定常推力 登月飞行器 非线性规划
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月球最优软着陆两点边值问题的数值解法 被引量:18
3
作者 赵吉松 谷良贤 潘雷 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期21-27,共7页
借助庞特里亚金最大值原理(Pontryagin′s Maximal Principle,PMP),将月球燃耗最优软着陆问题转化为终端时间自由型两点边值问题(Two Point Boundary Value Problem,TPBVP)。采用一种基于初值猜测技术的线性摄动法求解TPBVP,得到最优软... 借助庞特里亚金最大值原理(Pontryagin′s Maximal Principle,PMP),将月球燃耗最优软着陆问题转化为终端时间自由型两点边值问题(Two Point Boundary Value Problem,TPBVP)。采用一种基于初值猜测技术的线性摄动法求解TPBVP,得到最优软着陆轨迹。仿真结果表明,初值猜测技术得出的伴随变量初值均落在线性摄动法的收敛区间内,收敛速度快,优化精度高。最后研究了不同制动推力大小对软着陆性能的影响,结论为:增大制动发动机推力,既可缩短软着陆的时间,又能减少软着陆的燃料消耗。 展开更多
关键词 两点边值问题 线性摄动法 最优轨迹 月球软着陆 月球探测器
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月球探测器软着陆机构发展综述 被引量:37
4
作者 刘志全 黄传平 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期33-39,共7页
综述了月球探测器软着陆机构的发展概况;分析了国际上月球探测器软着陆机构的结构组成、工作原理及特点。对不同展开机构和缓冲器特点进行了分析,预测了月球探测器软着陆机构的发展趋势。
关键词 月球探测器 软着陆 缓冲器 展开机构
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基于直接配点法的月球软着陆轨道快速优化 被引量:7
5
作者 涂良辉 袁建平 +1 位作者 罗建军 方群 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期19-24,39,共7页
介绍了直接配点法在月球探测器软着陆轨道快速优化问题中的应用。首先给出了软着陆最优化控制问题模型,其中状态方程为量纲为1的三自由度模型,性能指标选为燃料消耗最小,控制变量则为推力攻角和推力。终端状态受到速度和高度的约束。然... 介绍了直接配点法在月球探测器软着陆轨道快速优化问题中的应用。首先给出了软着陆最优化控制问题模型,其中状态方程为量纲为1的三自由度模型,性能指标选为燃料消耗最小,控制变量则为推力攻角和推力。终端状态受到速度和高度的约束。然后,应用直接配点法将最优控制问题离散化为非线性规划问题,即将动态优化问题转化为静态参数最优化问题。选取各节点和配点上的状态量和控制量作为优化参数。最后应用基于Matlab语言的SNOPT软件包对参数最优化问题进行求解,该软件包对于求解大型非线性规划问题具有很好的收敛性。仿真结果表明直接配点法对于月球探测器软着陆轨道初始状态量和控制量的取值不敏感,且求解过程具有一定的实时性。因此,直接配点法对于再入轨迹优化问题的求解是可行的。 展开更多
关键词 直接配点法 轨道分析 软着陆 月球探测器
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月球精确定点软着陆轨道设计及初始点选取 被引量:8
6
作者 单永正 段广仁 张烽 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期2099-2104,共6页
研究了一种应用参数化控制求解月球探测器精确定点软着陆最优控制问题的方法。首先用约束变换技术将不等式约束进行了近似处理,而后利用若干个分段的常数去逼近最优解,再根据强化技术通过时间轴上的变换,将每一段参数的持续时间转变为... 研究了一种应用参数化控制求解月球探测器精确定点软着陆最优控制问题的方法。首先用约束变换技术将不等式约束进行了近似处理,而后利用若干个分段的常数去逼近最优解,再根据强化技术通过时间轴上的变换,将每一段参数的持续时间转变为一组新的参数,于是最优控制问题被转化为一系列参数优化问题。最后应用经典的参数优化方法即可求得最优控制函数的一个近似解,通过增加参数个数,重复优化得到逼近连续最优解的参数化解。同时在优化过程中考虑了制动初始点的选取对结果的影响。仿真结果表明了所提设计方法是简单、有效的。 展开更多
关键词 月球探测器 定点软着陆 最优控制 参数化控制
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基于伪光谱方法月球软着陆轨道快速优化设计 被引量:13
7
作者 王明光 裴听国 袁建平 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2007年第5期27-32,共6页
根据软着陆轨道的特征和优化算法的特点,对探月器软着陆轨道状态方程进行合理的转化处理,使其更适合优化数值解法求解。在此基础上,使用伪光谱方法将软着陆轨道优化问题转为一个约束参数优化问题,然后采用乘子法处理约束条件,采用变尺... 根据软着陆轨道的特征和优化算法的特点,对探月器软着陆轨道状态方程进行合理的转化处理,使其更适合优化数值解法求解。在此基础上,使用伪光谱方法将软着陆轨道优化问题转为一个约束参数优化问题,然后采用乘子法处理约束条件,采用变尺度法求解处理后的参数优化问题,仿真结果表明此方法具有收敛速度快、对初始控制量不敏感、鲁棒性强的优点。 展开更多
关键词 伪光谱方法 月球着陆 软着陆 最优控制 轨道控制
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基于混合法的月球软着陆轨迹优化 被引量:7
8
作者 彭坤 果琳丽 +2 位作者 向开恒 王平 徐世杰 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期910-915,共6页
利用混合法思想和人工免疫算法研究了月球软着陆轨迹优化问题.首先建立月球软着陆系统模型并进行归一化处理;然后基于混合法思想利用庞特亚金(Pontryagin)极大值原理推导最优控制律,以伴随变量初值和终端时刻作为优化变量,将终端约束作... 利用混合法思想和人工免疫算法研究了月球软着陆轨迹优化问题.首先建立月球软着陆系统模型并进行归一化处理;然后基于混合法思想利用庞特亚金(Pontryagin)极大值原理推导最优控制律,以伴随变量初值和终端时刻作为优化变量,将终端约束作为罚函数引入评价函数中,将月球软着陆轨迹优化问题转化为非线性规划问题(NLP,Nonlinear Programming);最后应用引导人工免疫算法(GAIA,Guiding Artificial Immune Algorithm)求解该优化问题.仿真结果表明,GAIA混合算法比直接法的寻优速度快,终端误差小,且可搜索到理论最优轨迹;同时,GAIA混合算法的伴随变量初值收敛范围比间接法大,降低了最优月球软着陆轨迹的搜索难度. 展开更多
关键词 月球软着陆 轨迹优化 最优控制 混合法 人工免疫算法
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月球探测器软着陆的最优控制 被引量:10
9
作者 单永正 段广仁 吕世良 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期2153-2158,共6页
为了减少有限推力作用下月球探测器软着陆所需的燃料消耗,提出了应用非线性规划方法来求解该最优控制问题。首先,从庞德里亚金极大值原理出发,将有限推力作用下月球软着陆问题转化为数学上的两点边值问题;在考虑边界条件及横截条件的前... 为了减少有限推力作用下月球探测器软着陆所需的燃料消耗,提出了应用非线性规划方法来求解该最优控制问题。首先,从庞德里亚金极大值原理出发,将有限推力作用下月球软着陆问题转化为数学上的两点边值问题;在考虑边界条件及横截条件的前提下,将该两点边值问题转化为针对共轭变量初值和末时刻的优化问题;然后应用非线性规划方法求解所形成的参数优化问题。为了降低共轭变量初值选取的敏感性,引入共轭变量与控制变量之间的变换,用控制变量初值代替了共轭变量初值。实验仿真结果显示,本文方法能够成功实现月面软着陆,并且比传统的打靶法减少了2.1%的燃料消耗,表明本文提出的设计方法简单、有效。 展开更多
关键词 飞行器控制 导航技术 月球软着陆 非线性规划
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月球探测器重力转弯软着陆的最优制导 被引量:11
10
作者 王大轶 263.net +1 位作者 李铁寿 马兴瑞 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第3期385-390,共6页
对于月球表面重力转弯软着陆过程 ,应用极大值原理研究了最优制导律 ,证明了其在着陆过程中不存在奇异状态 ,并且至多进行一次开关切换 .最后 。
关键词 月球探测器 策略转弯软着陆 最优制导
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软着月任务窗口与轨道设计方法研究 被引量:2
11
作者 白玉铸 郗晓宁 +2 位作者 高玉东 刘磊 黄文德 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期2092-2098,共7页
建立了一套应用于多约束条件下软着月任务的窗口计算以及轨道设计方法。针对经历发射段、地月转移段、绕月段及动力下降段的月球探测器,综合考虑各个特征点的位置、光照、测控等约束,结合轨道特性,采用着月点→近月点→入轨点→发射点... 建立了一套应用于多约束条件下软着月任务的窗口计算以及轨道设计方法。针对经历发射段、地月转移段、绕月段及动力下降段的月球探测器,综合考虑各个特征点的位置、光照、测控等约束,结合轨道特性,采用着月点→近月点→入轨点→发射点倒推的方式,快速确定探测器的发射窗口。在其中选择发射时刻后即可计算转移轨道的轨道根数初值,并搜索计算精确轨道。该方法对于我国月球探测后期工程的发射窗口计算与轨道设计工作有较重要的参考价值。 展开更多
关键词 软着月任务 发射窗口 轨道设计 多约束条件 月球探测器
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月球软着陆的神经元最优制导控制方法 被引量:4
12
作者 王大轶 马兴瑞 +1 位作者 李铁寿 严辉 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 1999年第12期31-36,共6页
针对月球软着陆过程中的控制问题 ,提出了一种将最优理论和非线性神经元控制相结合的控制制导方案。其主要内容是 ,根据终端着陆条件和性能指标 ,以由庞氏极大值原理得出从近月点到月面的最优着陆轨迹为基础 ,给出一种基于人工神经元网... 针对月球软着陆过程中的控制问题 ,提出了一种将最优理论和非线性神经元控制相结合的控制制导方案。其主要内容是 ,根据终端着陆条件和性能指标 ,以由庞氏极大值原理得出从近月点到月面的最优着陆轨迹为基础 ,给出一种基于人工神经元网络的非线性最优控制策略 ,使被控系统能通过神经网络对非线性的映射能力实现某种最优的非线性控制。 展开更多
关键词 软着陆 最优制导控制 月球探测 神经元
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月球探测器软着陆机构展开过程的运动学分析 被引量:6
13
作者 黄传平 刘志全 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期10-16,共7页
软着陆机构是月球探测器实现软着陆的关键部件。针对一种四腿式软着陆机构方案,论述了该软着陆机构展开的工作原理,分析了机构的奇异性,推导了机构不发生奇异的条件,建立了展开机构的运动学方程组,采用Newton-Raphson法求解了该非线性... 软着陆机构是月球探测器实现软着陆的关键部件。针对一种四腿式软着陆机构方案,论述了该软着陆机构展开的工作原理,分析了机构的奇异性,推导了机构不发生奇异的条件,建立了展开机构的运动学方程组,采用Newton-Raphson法求解了该非线性运动学方程组,获得了主支撑杆运动参数的变化规律。 展开更多
关键词 软着陆机构 展开 运动学 月球探测器
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月球探测器软着陆最优末制导策略 被引量:2
14
作者 单永正 段广仁 刘宏亮 《航天控制》 CSCD 北大核心 2006年第5期31-34,共4页
在制动火箭推力幅值满足连续可变的前提下,研究了月球探测器软着陆末端的垂直下落过程中的控制问题。基于线性系统跟踪控制理论,利用线性系统中的模型参考跟踪控制的方法设计了一种对指定轨迹进行跟踪的制动方案。同时为了满足耗燃最优... 在制动火箭推力幅值满足连续可变的前提下,研究了月球探测器软着陆末端的垂直下落过程中的控制问题。基于线性系统跟踪控制理论,利用线性系统中的模型参考跟踪控制的方法设计了一种对指定轨迹进行跟踪的制动方案。同时为了满足耗燃最优性和安全性,根据最优化理论,对控制律中的参数进行优化,最终确定系统的控制律。仿真结果表明该设计方法是简单、有效的。 展开更多
关键词 月球探测器 软着陆 跟踪控制
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月球软着陆的高精度自主导航与控制方法研究 被引量:6
15
作者 黄翔宇 张洪华 +3 位作者 王大轶 李骥 关轶峰 王鹏基 《空间控制技术与应用》 2012年第2期5-9,29,共6页
提出了一种月球软着陆的高精度自主导航和控制方法.根据测距波束视线相对月面的几何关系,确定本体系的月心方向,组合利用测速仪获取的本体系三维速度确定本体系相对轨道系的姿态、速度及高度,并根据确定的参数性质选取适应的制导和控制... 提出了一种月球软着陆的高精度自主导航和控制方法.根据测距波束视线相对月面的几何关系,确定本体系的月心方向,组合利用测速仪获取的本体系三维速度确定本体系相对轨道系的姿态、速度及高度,并根据确定的参数性质选取适应的制导和控制方法.算法基于直接测量数据确定和控制姿态、高度和速度,不受惯性导航误差的影响,可以有效地提高姿态、速度与高度的确定精度和控制精度.数学仿真表明了算法的有效性. 展开更多
关键词 月球软着陆 自主导航 制导与控制
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登月飞行器软着陆发动机持续工作初始点选择研究 被引量:3
16
作者 王劼 李俊峰 +1 位作者 崔乃刚 刘暾 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2003年第6期145-148,共4页
完成了推力幅值恒定的登月飞行器时间最优和燃料最优的软着陆轨道研究。文中将飞行器在月球表面软着陆的轨道分为开普勒下降轨道和制动发动机持续工作轨道两个阶段进行了综合研究。并着重研究了当飞行器从高度为100km的轨道下降到15km... 完成了推力幅值恒定的登月飞行器时间最优和燃料最优的软着陆轨道研究。文中将飞行器在月球表面软着陆的轨道分为开普勒下降轨道和制动发动机持续工作轨道两个阶段进行了综合研究。并着重研究了当飞行器从高度为100km的轨道下降到15km近月点时,在近月点附近是否存在一点,在该点软着陆发动机开始持续工作能够更加节省燃料。 展开更多
关键词 飞行器设计 轨道控制 非线性规划 二体问题 登月轨道 软着陆
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月球软着陆的显式制导控制研究 被引量:1
17
作者 王大轶 李铁寿 +1 位作者 马兴瑞 严辉 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2000年第7期88-92,共5页
软着陆燃耗最优制导控制的结果提出一种用于月球软着陆动力下降过程的显式制导方法。它不包含制动发动机的参数信息 ,也不需要迭代计算 ,测量简单 ,仅需要一个惯性测量单元 (IMU )。
关键词 月球软着陆 燃耗最优控制 制导控制
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载人登月软着陆中手动控制制导方案研究 被引量:1
18
作者 刘莹莹 吕纪远 周军 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期479-484,共6页
针对载人登月软着陆的接近段和着陆段,研究手动控制重新选址方案。首先引入了载人登月阶段划分,建立了登月舱动力学模型,然后对电视制导和舷窗制导2种手动控制选址方案进行了比较。电视制导方案中,宇航员能够直接在视场内选择新的着月点... 针对载人登月软着陆的接近段和着陆段,研究手动控制重新选址方案。首先引入了载人登月阶段划分,建立了登月舱动力学模型,然后对电视制导和舷窗制导2种手动控制选址方案进行了比较。电视制导方案中,宇航员能够直接在视场内选择新的着月点,并由自动控制系统实现对目标的制导;传统的舷窗制导要求宇航员全程参与控制,主要约束包括手动控制的延迟以及舷窗的视线范围,并且每次手动调节量有限。对2种制导方案的仿真结果表明,电视制导由于不受视线角约束,着月点可调整范围大于舷窗制导。同时电视制导对姿态机动的要求更高。并且宇航员重新选址操作进行得越早,着月点可调整范围越大。 展开更多
关键词 载人登月 软着陆 手动控制 电视制导
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月球精确软着陆制导轨迹在轨鲁棒跟踪 被引量:2
19
作者 梁栋 何英姿 刘良栋 《空间控制技术与应用》 2011年第5期8-13,共6页
为实现在月球表面期望的着陆点进行精确软着陆(PPL),在开环制导规划出的最优标称轨迹基础上,考虑动力下降过程中的干扰和不确定性,对在轨闭环轨迹跟踪制导方法进行研究.针对月球PPL三维球体非线性轨道动力学模型,充分考虑自主制导的鲁... 为实现在月球表面期望的着陆点进行精确软着陆(PPL),在开环制导规划出的最优标称轨迹基础上,考虑动力下降过程中的干扰和不确定性,对在轨闭环轨迹跟踪制导方法进行研究.针对月球PPL三维球体非线性轨道动力学模型,充分考虑自主制导的鲁棒性、实时性要求,采用动态平面控制技术的思想,解决退步法存在的"计算复杂性膨胀"问题,并证明了闭环系统的稳定性.仿真算例表明,该方法不仅算法简单,过渡过程能够实现快速跟踪,而且能够保证稳态跟踪误差在预先给定的范围之内且可以自由调节. 展开更多
关键词 制导 精确软着陆 不确定非线性系统 鲁棒跟踪
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无人月球科考站构建与运行关键技术初探 被引量:8
20
作者 杨建中 吴琼 +3 位作者 于登云 姜生元 徐赵东 崔平远 《深空探测学报》 2020年第2期111-117,共7页
无人月球科考站对月球资源的长期深度勘查与开发利用具有重要意义,已成为当前航天大国抢占的空间科技战略制高点,识别其构建与运行过程中的关键技术,是无人月球科考站工程必须解决的首要问题。对此,给出了一种无人月球科考站的组成方案... 无人月球科考站对月球资源的长期深度勘查与开发利用具有重要意义,已成为当前航天大国抢占的空间科技战略制高点,识别其构建与运行过程中的关键技术,是无人月球科考站工程必须解决的首要问题。对此,给出了一种无人月球科考站的组成方案,指出了其构建与运行的基本过程及面临的主要问题,针对上述问题提出了应当突破的关键技术,包括主动软着陆系统设计、软着陆安全边界辨识、装备自适应移动步态规划、月面综合环境致损等效、装备服役寿命预测与控制等。进而对关键技术突破所涉及的基本研究内容进行了初步分析,并给出了无人月球科考站分步构建与运行的工程实施建议,为我国未来无人月球科考站的研究与工程实施提供参考。 展开更多
关键词 月球科考站 主动软着陆 安全边界 自适应移动 服役寿命控制
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