一种火箭着陆轨迹规划方法及装置制造方法及图纸

一种火箭着陆轨迹规划方法及装置，包括：根据火箭发动机推力调节能力，计算着陆段采用最大推力和最小推力两种状态完成着陆的最大纵向速度‑高度剖面和最小纵向速度‑高度剖面；计算不同高度下所述最大纵向速度‑高度剖面和最小纵向速度‑高度剖面对应的速度平均值，进而得到可行域最大的纵向速度‑高度标准剖面；根据实际飞行高度变化趋势以及所述纵向速度‑高度标准剖面，最小化飞行过程期望纵向速度与实际纵向速度的偏差，构建可行域最大化的优化目标函数；根据所述优化目标函数规划火箭着陆轨迹。采用本申请中的方案，提升了在线规划的着陆轨迹对偏差的适应能力，有利于火箭安全着陆。

【技术实现步骤摘要】
一种火箭着陆轨迹规划方法及装置
本申请涉及运载火箭的控制技术，具体地，涉及一种火箭着陆轨迹规划方法及装置。
技术介绍
运载火箭垂直起降的可重复使用技术是新一代运载火箭重要发展方向之一。为适应气动减速段由于环境不确定性造成的偏差，实现高精度垂直软着陆，在线轨迹规划方法能够实时规划着陆轨迹。为降低着陆过程燃料消耗造成的火箭运载能力损失，最小化着陆过程燃料消耗一种典型的火箭垂直着陆段优化目标函数，但该燃料最省目标函数规划的最优控制量具有Bang-Bang的特点，在最大推力条件下对偏差的适应能力较弱。现有技术中存在的问题：火箭软着陆时在线规划的着陆轨迹对偏差的适应能力较差。
技术实现思路
本申请实施例中提供了一种火箭着陆轨迹规划方法及装置，以解决上述技术问题。根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种火箭着陆轨迹规划方法，包括如下步骤：根据火箭发动机推力调节能力，计算着陆段采用最大推力和最小推力两种状态完成着陆的最大纵向速度-高度剖面和最小纵向速度-高度剖面；计算不同高度下所述最大纵向速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火箭着陆轨迹规划方法，其特征在于，包括：/n根据火箭发动机推力调节能力，计算着陆段采用最大推力和最小推力两种状态完成着陆的最大纵向速度-高度剖面和最小纵向速度-高度剖面；/n计算不同高度下所述最大纵向速度-高度剖面和最小纵向速度-高度剖面对应的速度平均值，进而得到可行域最大的纵向速度-高度标准剖面；/n根据实际飞行高度变化趋势以及所述纵向速度-高度标准剖面，最小化飞行过程期望纵向速度与实际纵向速度的偏差，构建可行域最大化的优化目标函数；/n根据所述优化目标函数规划火箭着陆轨迹。/n

【技术特征摘要】
1.一种火箭着陆轨迹规划方法，其特征在于，包括：
根据火箭发动机推力调节能力，计算着陆段采用最大推力和最小推力两种状态完成着陆的最大纵向速度-高度剖面和最小纵向速度-高度剖面；
计算不同高度下所述最大纵向速度-高度剖面和最小纵向速度-高度剖面对应的速度平均值，进而得到可行域最大的纵向速度-高度标准剖面；
根据实际飞行高度变化趋势以及所述纵向速度-高度标准剖面，最小化飞行过程期望纵向速度与实际纵向速度的偏差，构建可行域最大化的优化目标函数；
根据所述优化目标函数规划火箭着陆轨迹。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算着陆段采用最大推力状态完成着陆的最大纵向速度-高度剖面，包括：
在火箭着陆全程采用最大推力Tmax下，从预先设置的标准高度序列yRef中选取不同高度yRef(i)，i∈[1,N]；
在yRef(i)条件下，从初始状态(yRef(i),Vy0)积分火箭纵向着陆运动，得到终端着陆速度Vy0为纵向速度迭代初值；
根据与期望纵向着陆速度的偏差dVyf，利用牛顿迭代法更新纵向速度迭代初值直至dVyf<εVy时，得到满足着陆时刻纵向速度要求的纵向速度
确定最大纵向速度-高度剖面为


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算着陆段采用最小推力状态完成着陆的最小纵向速度-高度剖面，包括：
在火箭着陆全程采用最小推力Tmin下，从预先设置的标准高度序列yRef中选取不同高度yRef(i)，i∈[1,N]；
在yRef(i)条件下，从初始状态(yRef(i),Vy0)积分火箭纵向着陆运动，得到终端着陆速度Vy0为纵向速度迭代初值；
根据与期望纵向着陆速度的偏差dVyf，利用牛顿迭代法更新纵向速度迭代初值直至dVyf<εVy时，得到满足着陆时刻纵向速度要求的纵向速度
确定最小纵向速度-高度剖面为


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算不同高度下所述最大纵向速度-高度剖面和最小纵向速度-高度剖面对应的速度平均值，进而得到可行域最大的纵向速度-高度标准剖面，包括：
计算不同高度yRef(i)对应的与之间的速度平均值VyRef(i)；
根据所述速度平均值VyRef(i)得到可行域最大的纵向速度-高度剖面VyRef-yRef。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据实际飞行高度变化趋势以及所述纵向速度-高度标准剖面，最小化飞行过程期望纵向速度与实际纵向速度的偏差，构建可行域最大化的优化目标函数，包括：
根据预先设置的实际飞行过程中优化问题的离散点个数M，以及预估的飞行高度变化序列yAct，插值计算得到每个离散点的高度yAct(j)对应VyRef-yRef剖面上的期望纵向速度为VyAct(j)，j∈[1,M]；
确定最大化可行域的二阶锥约束为(Vy(j)-VyAct(j))2≤η(j)，所述η(j)为每个离散点上的虚拟控制量；
在终端质量最大化的基础上，根据每个离散点上虚拟控制量在所述二阶锥约束下构建得到可行域最大化的优化目标函数为其中，c(j)为每个离散点上的加权系数，mf为终端质量，Cm为终端质量对应的加权系数。

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，赵海斌，胡海峰，骆无意，巩庆海，张隽，宋征宇，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11