双积分系统最优控制的三次Hermite配点法

为了校核三次Hermite配点算法程序的正确性,选用了一类典型的动力学系统——双积分系统的时间最优控制问题作为研究对象,通过将三次Hermite配点法和序列二次规划算法的复合算法应用于该系统的时间最优控制模型,得到了数值仿真结果。通过与该系统解析解的比较可以看出,三次Hermite配点算法对于求解动力学系统最优控制的两点边值问题具有良好的适应性。该方法可以进一步应用于航天器轨道动力学和优化的研究。     

连续推力最优轨道规避

应用非线性规划方法研究了连续推力时间最优和燃料最优航天器规避问题。航天器空间飞行中,为了避免与其他航天器或空间碎片相撞,需采取措施实施规避策略。由于航天器最优规避问题是典型的具路径约束的轨迹优化问题,间接法即应用极大值原理难于处理。考虑航天器推进系统为固定比冲发动机,用改进的轨道根数描述航天器动态,在给定最大推力幅值和中间过渡轨道时,将规避问题划分为转移和返回两个阶段,然后应用非线性规划方法统一考虑时间最优和燃料最优航天器最优规避问题。数值仿真结果表明,最优规避任务能够完成;在时间最优或燃料最优规避情形时,航天器均以最大推力工作,且时间最优规避时消耗燃料最少。     

采用混合遗传算法设计最短时间4冲量转移轨道

转移轨道的设计与优化是航天器完成空间任务的基础性工作,研究最短时间转移轨道的设计方法对执行空间快速响应的航天任务具有重要意义.本文通过分析4冲量轨道转移的物理过程,将轨道优化问题转化为参数优化问题,从而建立了多冲量轨道转移的数学模型:而后采用混合遗传算设计最优轨道,设计了串联型和嵌入型两种不同的混合结构,并选择一种具有自适应性的退火惩罚函数策略来处理约束条件;最后通过数值仿真验证了算法的有效性.仿真结果表明,本文设计的两种混合遗传算法能够很好地处理多冲量变轨的优化问题,特别在处理多约束条件时十分灵活、有效.     

基于模拟退火算法的最优控制问题全局优化

参数化后的最优控制问题是一类高维非光滑非线性约束优化问题,传统的非线性规划算法求解时存在着收敛性差、局部收敛等问题。针对上述问题,该文采用多重参数化方法处理最优控制问题,非可微精确罚函数方法处理约束条件,引入了具有良好全局收敛性的模拟退火算法求解参数化后的最优控制问题。典型的时间最优和燃料最优控制问题的求解结果表明：模拟退火算法有着可靠的全局收敛性,优于遗传算法以及序列二次规划等经典优化算法。     

飞向Halo轨道的太阳帆航天器轨迹优化设计

研究太阳帆航天器从地球同步轨道飞向日-地第2Lagrange(L2)点Halo轨道时其转移并入轨的轨迹优化设计问题。提出了分3阶段优化设计的方法:首先调整航天器逃离地球的飞行轨迹,使其比较接近目标Halo轨道的不变流形;再借助不变流形,用遗传算法求解相应的最优控制,使其转移到目标Halo轨道的不变流形上;最后航天器将沿流形飞行完成入轨。数值仿真结果表明,提出的方法可以得到相当好的转移轨道。由此显示,将转移轨道分为若干阶段,借助不变流形,用遗传算法求解最优控制问题的轨道优化设计方法对于此类小推力变轨问题是切实可行的。     

飞向Halo轨道的太阳帆航天器轨迹优化设计

研究了太阳帆航天器从地球同步轨道飞向日-地第2Lagrange(L2)点Halo轨道时其转移并入轨的轨迹优化设计问题。提出了分3阶段优化设计的方法:首先调整航天器逃离地球的飞行轨迹,使其比较接近目标Halo轨道的不变流形;再借助不变流形,用遗传算法求解相应的最优控制,使其转移到目标Halo轨道的不变流形上;最后航天器将沿流形飞行完成入轨。数值仿真结果表明,提出的方法可以得到相当好的转移轨道。由此显示:将转移轨道分为若干阶段,借助不变流形,用遗传算法求解最优控制问题的轨道优化设计方法对于此类小推力变轨问题是切实可行的。     

基于Q学习的有限时间随机线性二次最优控制

针对系统状态和控制均依赖于噪声的随机线性离散时间系统,采用基于值迭代的Q学习迭代算法求解模型参数部分未知的有限时间随机线性二次(SLQ)最优控制问题。首先给出SLQ最优控制问题可达性条件和适应性条件,并通过矩阵拉格朗日乘子算法得到最优控制增益矩阵序列以及相应的随机代数Riccati方程(SARE)。其次,以值迭代算法为基础定义Q函数,利用Q学习迭代算法获得每个最优控制增益矩阵所对应的迭代控制增益矩阵序列和H矩阵序列。该算法依赖于系统状态信息,摆脱了系统模型参数部分未知的限制,并证明控制增益矩阵序列收敛到各自的最优控制增益矩阵,H矩阵序列收敛到各自的最优H矩阵。最后通过一个仿真实例说明了Q学习迭代算法的有效性。     

基于启发式搜索的一类离散非线性系统优化控制算法

研究了输入受约束、状态饱和系统的优化控制问题，得到了此类系统渐近稳定的充分条件，同时将最优控制问题转换为最优化搜索问题依据人工智能中的启发式搜索策略，给出了启发式优化控制算法，并就此算法的渐近稳定性给出了证明，仿真结果表明算法的有效性．     

电力电子系统控制电路参数离散最优化

将电力电子系统的最优控制问题变换为参数最优化问题。以正激开关稳压电源为例，建立其控制器小信号离散参数最优化模型，应用一种离散非线性规划算法求解。得到在加权ＩＳＥ最小意义下并在工程上可实现的控制器最优参数。用ＳＰＩＣＥ－２仿真，比较了用连续与离散两种非线性优化算法设计的正激开关电源瞬态响应及频率特性．     

三维水平井随钻修正设计的优化方法及应用

在水平井实际应用中,实钻轨道常偏离原设计最优轨道．把实钻轨道与已设计最优轨道的状态变量差值作为参数,建立带有参数的三维水平井最优控制模型,把该模型转化为非线性规划问题求解,讨论了该非线性规划问题的最优解性质．依此性质给出一个全局最优的算法,并将其应用到实际水平井轨道设计中,数值结果表明模型及算法有效、正确。     

先进上面级快速机动轨道优化设计

根据先进上面级的推力特点和任务需求,将快速机动轨道优化问题转化为有限推力下时间最优轨道机动问题。首先建立脉冲推力下的多约束时间最优优化模型,然后利用改进的微分进化法求解全局最优解。其次建立有限推力下的修正模型,对脉冲推力的优化结果进行修正,最终得到有限推力下时间最优轨道机动问题的解。通过快速轨道交会仿真验证了模型和算法的合理性,所得终端位置误差为1 km量级,在容许范围内,可通过末端轨道调整进一步修正。理论分析和仿真结果表明:结合脉冲变轨和有限推力修正的模型能更准确描述轨道机动的实际情况,采用的改进微分进化算法收敛速度快,稳定性好,对初值无明显要求。     

Satellite orbit determination combining C-band ranging and differenced ranges by transfer

The constraint in the transverse direction of satellite orbit with differenced ranges between master station and slave stations by transfer as an angular observation data is explained in theory. Differenced ranges in combination with C-band ranging by transfer were used in satellite orbit determination. The position error of overlapped orbit differences for combining is less than that for ranging only. The residual of predicted orbit forward 5.5 days for combining is 3.1762 m, while the residual for ranging only with the same duration is 3.5380 m. Both the orbital overlapping and orbit prediction experimentations can testify the constraint in the transverse direction of satellite orbit with differenced ranges, and the results show that the accuracy of orbit determination and orbit prediction is improved by combining differenced ranges and C-band ranging.     

基于分子轨道隐式溶剂H2O下苏氨酸的电荷转移

基于分子轨道（MO）和自然跃迁轨道（NTO）成分计算分子片段间的电荷转移. 先用密度泛函理论(DFT)中的CAM-B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上优化隐式溶剂H₂O下苏氨酸（Thr）分子的几何构型，  再在相同理论方法下进行含时密度泛函理论(TDDFT)的电子激发计算, 给出隐式溶剂H₂O下Thr分子体系电子激发过程中片段间电荷转移特征的对比结果. 结果表明： 在S1~S5激发态中, 仅S2中有一对MO32→MO33跃迁轨道占绝对优势, 可通过分析该轨道的成分讨论电荷转移； 其他激发态可通过NTO分析方法讨论电荷转移； S0向激发态S1,S3和S4电荷转移的主要贡献为NTO32→NTO33轨道, 与Hirshfeld和Becke方法的定性结果一致, 定量结果略有差别.     

基于分子轨道隐式溶剂H2O下苏氨酸的电荷转移

基于分子轨道（MO）和自然跃迁轨道（NTO）成分计算分子片段间的电荷转移. 先用密度泛函理论(DFT)中的CAM-B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上优化隐式溶剂H₂O下苏氨酸（Thr）分子的几何构型,  再在相同理论方法下进行含时密度泛函理论(TDDFT)的电子激发计算, 给出隐式溶剂H₂O下Thr分子体系电子激发过程中片段间电荷转移特征的对比结果. 结果表明： 在S1~S5激发态中, 仅S2中有一对MO32→MO33跃迁轨道占绝对优势, 可通过分析该轨道的成分讨论电荷转移; 其他激发态可通过NTO分析方法讨论电荷转移; S0向激发态S1,S3和S4电荷转移的主要贡献为NTO32→NTO33轨道, 与Hirshfeld和Becke方法的定性结果一致, 定量结果略有差别.     

优化控制毛细管电泳分离过程的算法设计及仿真

针对毛细管电泳分离过程的复杂数学模型，利用用溶质系统与分离直接有关的混合熵概念，并把它的变化作为优化目标函数，设计了简便易于计算的优化控制算法，得到了相应的控制轨线及状态轨迹，最后给出了两组对比仿真实验结果。     

探月卫星轨道的简单计算

本文以地球为参照系,用最简化的模型来估测从地球发射的探月卫星的轨道,详析了入轨速度对轨道性质及飞行时间的影响,由此引出最小能量轨道概念等。卫星进入月球引力范围之后的变轨及其他行为不在本文谈论范围之内。     

J2摄动下基于平均轨道要素差的集群航天器空间圆形编队设计

集群航天器是通过无线连接方式构成的虚拟航天器系统,考虑J2摄动下其在太阳同步轨道的空间圆形编队设计,对满足其模块间能量传输、数据交互的需要和应用需求具有重要意义.基于主、从模块平均轨道要素差建立了相对运动模型,并给出了空间圆形编队的详细设计步骤;在零J2摄动条件不再适用时,通过定量分析J2摄动对该编队构形的影响,提出了相应的修正公式;将模块修正后的平均轨道要素转换为初始时刻密切轨道要素确定了初始编队构形.采用无奇点的新四元数轨道要素进行J2摄动分析,仿真结果验证了设计方法的有效性.     

回归大椭圆轨道卫星轨迹保持策略与仿真

为了实现大椭圆轨道卫星星下点在一定经度范围内回归,保持对特定区域的长时间观测,对优化轨迹保持策略进行了深入研究。首先提出了必须根据共振大椭圆卫星的轨道演变规律进行轨迹保持。同时分析了大椭圆轨道卫星满足回归条件的轨道约束;其次分析了主要动力学模型的摄动规律,建立了轨道摄动对升交点赤经、半长轴以及轨迹漂移影响的计算模型;最后结合工程应用实际,给出了具体的回归大椭圆轨道的轨迹保持周期和保持策略。通过仿真实验及结果分析,表明了该策略的正确性和有效性,为回归大椭圆轨道卫星的轨道设计和测控实施提供技术参考。