基于混合粒子群法的RLV上升段轨迹优化

针对可重复使用运载器(RLV)轨迹优化问题,提出了一种混合粒子群法(HPSO).算法采用改进粒子群算法与序列二次规划法相组合的优化方法,应用了一种新的粒子群划分方案,引入调节搜索速度的时变惯性因子,改进了速度和位置的更新策略.给出了上升段轨迹优化问题的飞行运动学方程、发动机模型、气动力模型、约束条件;确定了优化设计步骤,包括配点离散、多邻域改进PSO、HPSO混合策略;并对最小燃料消耗问题进行了优化分析.计算结果表明:HPSO算法在没有合适初始值的情况下,仍能得到满意的全局最优解,具有正确性、高效性和鲁棒性好等优点,可以很好地解决RLV轨迹优化问题.     

可重复使用运载器上升段飞行控制

上升段是整个可重复使用运载器任务飞行的初始阶段,这个阶段中飞行器重心、大气环境和运动状态变化较快. 为便于分析整个飞行过程的特性,保证可重复使用运载器在整个飞行过程中具有良好的稳定性与操纵性,该文将上升段分为投放分离段、拉起点火段、动力爬升段和无动力爬升段. 通过分析各段的飞行特点并结合轨迹线性化技术,采取不同的控制策略设计了前馈与反馈控制律,前馈控制用于提高控制系统的非线性跟踪能力,反馈控制增强控制系统的鲁棒性. 非线性仿真结果表明,控制方案能满足上升段的飞行控制要求,实现姿态的快速跟踪.     

亚轨道飞行器上升段轨迹快速生成方法研究

亚轨道飞行器飞行任务的主要特点是任务多样,任务时间间隔短。因此快速生成最优轨迹对保障亚轨道飞行器任务的完成至关重要。针对传统上升轨迹设计方法中存在的时间花销大、任务适应性较差等问题,基于最优控制理论对亚轨道飞行器上升段轨迹生成方法进行了研究。以上升段燃料消耗量最少作为性能指标,选取攻角、侧滑角和倾斜角作为控制变量求解最优性条件。采用经典的有限差分法将状态和伴随状态表示的两点边值常微分方程问题转化为非线性方程组,并使用改进型牛顿法求根。最后通过仿真分析,验证了给出的轨迹生成方法的快速性。     

可重复使用运载器的上升段轨迹线设计

可重复使用运载器的上升段飞行过程较为复杂,其轨迹线设计是一个多约束的非线性规划问题,优化求解较为困难。为形成较为实用的上升段轨迹线设计策略,将上升段分成投放分离段、拉起点火段、动力爬升段和无动力爬升段四段进行分析设计。通过各段运动特点的分析,各段采用不同的轨迹策略,确定所需要设计的参数及其范围,将各种物理约束及末端条件约束转换成适应度函数,最后将轨迹优化问题转化成设计参数的寻优问题,通过具有很强非线性搜索能力的粒子群优化算法对参数进行优化求解。结果表明,设计的轨迹线能很好地满足任务指标。