提出一种基于积分变换,广义乘子法和拟牛顿法的月球着陆轨道快速优化方法。从探月器质心运动方程组出发,通过积分变换,将其对时间变量的积分转化为对状态变量(探月器环绕月心的旋转角速度)的积分,使得原问题转化为终端积分变量固定型最优控制问题。在此基础上,通过优化变量的直接离散化和四阶Admas预测-校正数值积分方法,将月球最优着陆问题转化为有约束非线性规划问题。采用广义乘子法处理约束条件,采用拟牛顿法求解处理后的无约束最优化问题。仿真结果表明:此方法收敛速度快(耗时小于1s),优化精度高(接近理论最优解),对初始控制量不敏感、鲁棒性好,可用于探月器机载计算机实时生成着陆轨道。
从探月器质心运动方程组出发,以探月器环绕月心的旋转角速度为中间变量,通过积分变换,将其对时间变量的积分转化为对状态变量的积分,使得原问题转化为终端积分变量固定型最优控制问题。在此基础上,通过优化变量的直接离散化和四阶Admas预测-校正数值积分方法,将软着陆轨道优化问题转化为有约束非线性规划问题。采用广义乘子法处理约束条件,采用拟牛顿法求解处理后的无约束最优化问题。仿真结果表明,此方法收敛速度快(耗时小于1s),优化精度高(接近理论最优解),对初始控制量不敏感、鲁棒性好,可用于探月器机载计算机实时生成软着陆轨道。
月球软着陆轨道是登月飞行器下降到月球表面轨道中很重要一段的轨道,为了实现飞行器自主软着陆,需要进行快速轨道优化设计。文中根据软着陆轨道的特征和优化算法的特点,对软着陆轨道状态方程做合理的简化处理,优化计算量减少,且更适合优化数值解法求解。在此基础上,使用乘子法处理软着陆终端约束条件,然后利用共轭梯度法求解软着陆轨道。在不同初始条件和终端约束条件下,计算机时小于3秒。仿真结果验证该算法具有收敛速度快、对初始控制量不敏感等优点,易于工程实现。