【技术实现步骤摘要】
小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制方法
[0001]本专利技术涉及一种小天体附着最优控制方法，尤其涉及一种在小天体复杂形貌下探测器以三维凸轨迹附着的最优控制方法，属于深空探测
技术介绍
[0002]由于小天体的星表环境暗弱，星载计算机往往难以对小天体的复杂形貌进行在线识别，导致在着陆前星表形貌不完全已知。不确知的星表形貌对探测器附着的安全性带来威胁。因此，为确保安全着陆，制导系统需要确定推力矢量序列，以引导探测器沿安全轨迹到达着陆点，降低与星表相撞的风险。当探测器沿着几何凸轨迹进行附着时，能够减小与凸起障碍碰撞的概率，提高不确知星表环境下的探测器安全性。这不仅是因为沿凸轨迹着陆的探测器具有较高的相对高度，有利于避开星表障碍；而且也是因为在附着过程中目标着陆区能够提早进入视场范围，使障碍能够被及早检测并规避。在火星着陆段，轨迹曲率制导方法基于凸轨迹的几何特征，通过调节附着轨迹的平面曲率，实现探测器以几何凸轨迹进行附着的目标。但是由于小天体引力场较弱，其自转带来的影响不容忽视。在这种情况下，小天体着陆的动力学是三轴耦合的...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、建立小天体附着动力学方程，针对小天体附着动力学方程的耦合特性，基于空间曲线的几何特征建立三维轨迹凸条件，根据三维轨迹凸条件演化生成衡量三维轨迹凸度的性能指标；在小天体附着动力学方程、推力约束和探测器初末状态约束条件下，将三维凸轨迹性能指标与燃耗指标进行加权作为优化目标，形成小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制问题；所述三维轨迹凸条件指以当前位置和目标着陆点连线为母线的动态锥约束探测器的当前速度矢量；步骤二、将步骤一中小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制问题转化为转为序列二阶锥规划；设置置信域约束，给出小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制问题序列二阶锥规划的初值；步骤三、基于第i次标称值，求解步骤二中小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制的二阶锥规划，判断得到的解是否满足收敛条件；满足收敛条件，该解即为所求最优解；不满足收敛条件则以当前解为标称值，返回步骤二继续第i+1次迭代，直至满足收敛条件；将满足收敛条件的最优解用于步骤四中小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制。2.如权利要求1所述的小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制方法，其特征在于：还包括步骤四，利用步骤三优化得到的最优解进行小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制，使探测器沿三维凸轨迹附着，减小与障碍碰撞的风险，提高附着的安全性；通过步骤一的凸轨迹性能指标实现凸轨迹附着，不需要主动平衡造成耦合的科氏力，减少额外的燃耗；通过步骤二将小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制问题转化成二阶锥规划，优化速度快且能收敛到全局最优解，提高小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制问题的优化效率。3.如权利要求1或2所述的小天体附着三维凸轨迹燃耗最优控制方法，其特征在于：步骤一实现方法为：以小天体质心为原点建立小天体固连坐标系∑OXYZ，Z、X和Y轴分别与小天体最大惯性主轴、中间和最小惯性主轴重合；小天体转速方向与Z轴相同；定义探测器在小天体固连坐标系下的状态描述为：X＝[r
x r
y r
z v
x v
y v
z m]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中r＝[r
x
,r
y
,r
z
]
T
为探测器在小天体固连系下的位置，v＝[v
x
,v
y
,v
z
]
T
为探测器在小天体固连系下的速度；因此，在小天体固连系内，小天体附着动力学方程为：其中，g为探测器所受的小天体引力，利用多面体模型等求解；ω＝0,0,ω
T
为小天体转速；T为开环控制产生的推力，||T||为推力幅值；方程(2)简写为推力满足下述约束：T
min
≤||T||≤T
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，T
min
与T
max
分别为推力的最小幅值与最大幅值；
除了推力约束外，探测器初始、末端状态均受到约束：其中，下标0与f表示在初始时刻和终端时刻取值；三维轨迹凸条件表示为当前点的速度矢量位于以当前点位置与目标着陆点所形成的圆锥内，因此三维凸轨迹条件表示为：其中，τ表示一个小时间间隔，为着陆点附近的局部法向量，在着陆点处与小天体表面垂直，指向小天体外侧；根据三维凸轨迹条件，三维凸轨迹指标表示为：其中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔平远，张成宇，梁子璇，朱圣英，龙嘉腾，徐瑞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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