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。
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。
月球探测器近月面定点悬停是月球探测器实现月面软着陆的必要保证。提出一种近月面定点悬停的控制方案,选用常推力液体发动机和脉冲式发动机实现悬停任务。对于常推力液体发动机,以燃耗最省为指标采用最优控制,使月球探测器悬停在特定高度上;对于脉冲式发动机采用PID控制,实现月球探测器悬停状态的保持。给出具体设计方法,仿真结果表明方案可行。
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 ,给出了一种易于实现的次优制导律
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 )。通过一个软着陆实例验证了这种制导律的最优性和鲁棒性
为研究月球探测器从月球泊轨道向月面软着陆的最优控制问题 ,提出了一种两次制动变轨的软着陆方案 :探月器从月球停泊轨道出发 ,启动变轨发动机进行第一次制动后飞向月球 ,在月面附近第二次制动以实现软着陆。在两次制动变轨时 ,对固定推力发动机的情况 ,采用 Pontryagin极大值原理对燃料最省变轨控制问题进行了分析 ,并引入遗传算法数值求解两点边值问题 ,得到了制动变轨的初始、终端位置和发动机推力方向角的最优控制规律