飛行器上升段閉環(huán)制導(dǎo)軌跡優(yōu)化——研究與仿真.pdf

1、空天飛行器的發(fā)展是一個(gè)國家科技實(shí)力的體現(xiàn),也是人類探索宇宙空間的基礎(chǔ)?？仗祜w行器的制導(dǎo)問題又是其發(fā)展的重中之重,隨著科技的發(fā)展,傳統(tǒng)的開環(huán)制導(dǎo)已經(jīng)逐漸無法滿足航空航天產(chǎn)業(yè)日益增長的技術(shù)要求,飛行器的閉環(huán)制導(dǎo)已成為科技發(fā)展的必然趨勢?？仗祜w行器的閉環(huán)制導(dǎo)問題是指飛行器整個(gè)在制導(dǎo)過程中,根據(jù)瞬時(shí)的位置、速度等狀態(tài),制導(dǎo)算法利用機(jī)載計(jì)算機(jī)在預(yù)定制導(dǎo)周期內(nèi)實(shí)時(shí)、在線計(jì)算生成基于當(dāng)前狀態(tài)的最優(yōu)飛行軌跡,它能夠修正飛行過程中各種因素所造成的誤差,從

2、而極大地提高制導(dǎo)精度。
　　本文致力于尋找一種軌跡優(yōu)化方法,在保證收斂性的同時(shí),其算法快速性能夠滿足閉環(huán)制導(dǎo)的要求。進(jìn)而對(duì)于GHAME飛行器模型,通過軌跡優(yōu)化仿真對(duì)其快速性進(jìn)行驗(yàn)證,再此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了閉環(huán)制導(dǎo)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,用較低的成本對(duì)閉環(huán)制導(dǎo)進(jìn)行研究與仿真。
　　首先,本文對(duì)飛行器閉環(huán)制導(dǎo)的背景知識(shí)進(jìn)行了概述,并大致介紹了飛行器制導(dǎo)過程中所需要用到的一些基本概念,坐標(biāo)系定義,運(yùn)動(dòng)方程,零側(cè)滑角運(yùn)動(dòng)模式

3、等。并從理論上推導(dǎo)了基于極小值原理的最優(yōu)控制問題及其數(shù)值方法分類。
　　飛行器上升段軌跡優(yōu)化問題的求解,通常是將最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化成為一個(gè)兩點(diǎn)邊值問題進(jìn)行求解,本文選擇了有些差分法求解兩點(diǎn)邊值問題,用直接法離線生成的優(yōu)化軌跡作為初始猜測,對(duì)GHAME飛行器模型進(jìn)行了軌跡優(yōu)化仿真,驗(yàn)證了其快速性能夠符合閉環(huán)制導(dǎo)的要求。
　　為了能夠?qū)崿F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,低成本的進(jìn)行飛行器閉環(huán)制導(dǎo)的研究與仿真,本文設(shè)計(jì)了閉環(huán)制導(dǎo)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng),并驗(yàn)證