一种燃料最优的连续小推力轨道转移方法技术

本发明专利技术公开了一种燃料最优的连续小推力轨道转移方法，包括：步骤1，建立航天器轨道动力学模型；步骤2，建立轨道转移最优控制问题，并将控制输入离散化；步骤3，初始化各项参数以及基输入；步骤4，判断航天器是否已达到目标位置，是则结束，否则进入步骤5；步骤5，使用基于值函数近似的动态规划算法求解当前时刻的最优推力大小和方向角；步骤6，对航天器施加当前时刻的最优控制，航天器在轨运行至下一采样时刻，进入步骤4。本发明专利技术是一种基于值函数近似的动态规划算法，可以实现燃料最优的连续小推力航天器的轨道转移最优控制，相较于传统算法，理论上大幅度降低计算量的同时从仿真上也保证了算法的准确性。证了算法的准确性。证了算法的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料最优的连续小推力轨道转移方法


[0001]本专利技术涉及航天器轨道转移与最优控制领域，具体为一种燃料最优的连续小推力轨道转移方法。

技术介绍

[0002]航天器轨道转移是我国乃至世界未来小行星探测、深空探测等任务所面临的关键技术。相比于传统的化学燃料脉冲推进方式，小推力航天器具有高比冲、可多次点火、发动机体积小等特点，可以大量节省燃料，因此更适合执行复杂的航天任务。
[0003]航天器轨道转移优化设计可以建模成一个最优控制问题，通过设计推力的大小和方向角，使得航天器的姿态和轨道可以达到目标姿态和轨道，同时实现燃料最优或时间最优。随着我国深空探测向更深处发展，航天器接收地球指令所需时间更长，因此航天器轨道机动更加依赖于实时在线自主控制。
[0004]传统的最优控制问题求解方法有直接法、间接法和动态规划算法。间接法求解的精度较高，但针对控制量和状态量均存在约束的问题，求解较为复杂，另外，间接法需要对邻接点的强初始猜测，这使得间接法对于复杂的空间任务计算来说并不理想。直接法可以直接对时间、状态量和控制量进行离散化，进行简单多步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料最优的连续小推力轨道转移方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立关于航天器状态变量x
k
与控制输入u
k
的离散时间归一化小推力航天器轨道动力学模型x
k+1
=f(x
k
，u
k
)；步骤2，结合实际需求，根据动力学模型建立轨道转移最优控制问题，包括各种约束条件及瞬时代价函数，并将控制输入离散化；步骤3，确定采样时间
△
t和总采样次数N，初始化控制输入为基输入；步骤4，根据实际测量数据，判断航天器是否已到达目标位置，是则结束，剩余控制输入为0，否则进入步骤5；步骤5，定义关于瞬时代价函数的近似值函数，基于动力学模型、离散化的控制输入以及初始化参数，使用基于值函数近似的动态规划算法分别求解离散的各个单元内的近似值函数，比较并找到该近似值函数中的最优值以及其对应的最优推力大小序列和方向角序列，更新推力大小和推力方向角至基输入；步骤6，根据基输入对航天器施加当前时刻的最优控制，航天器在轨运行至下一采样时刻x
k+1
，进入步骤4。2.根据权利要求1所述的燃料最优的连续小推力轨道转移方法，其特征在于，所述步骤1中定义表示任意采样时刻t
k
=k
△
t，k=0,1,
…
N时的航天器的状态变量，其中，r和θ分别表示航天器在以地球为极坐标中心的轨道半径和绕中心天体飞过的路径角，v
r
和v
t
分别表示航天器速度的径向、切向分量，m表示航天器质量，
△
t表示采样时间，N表示总采样次数；控制输入包括航天器的推力大小T和推力方向角η，任意t
k
=k
△
t，k=0,1,
…
N时刻小推力航天器的控制输入记为，则离散时间归一化动力学模型可表示为：x
k+1
=f(x
k
，u
k
)。3.根据权利要求2所述的燃料最优的连续小推力轨道转移方法，其特征在于，步骤2中，建立最优控制问题包括确定从当前轨道到目标轨道转移需满足的条件，包括边界条件，航天器状态、控制输入分别需要满足的过程约束、控制约束条件以及燃料最优问题的瞬时代价函数。4.根据权利要求3所述的燃料最优的连续小推力轨道转移方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于丹，韩天娇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：