【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天，涉及一种月面着陆制动段6-dof轨迹规划方法，特别是一种考虑月球自转和非恒定引力场的六自由度姿轨耦合着陆动力学轨迹规划方法。
技术介绍
1、月面软着陆通常分为制动段、快速调姿段、接近段以及最终下降段，其中制动段是整个着陆过程中历时最长的阶段，对航程影响最大，须尽量提高制动段的终端精度，同时减小燃料消耗。制动段长期以来采用3-dof制导方案，着陆器的姿态由推力矢量唯一确定，所求解轨迹仅能满足推力矢量所表征的姿态约束。因此，3-dof制导方案在任务执行前需进行大量仿真工作，以验证所求解轨迹对于6-dof物理系统是可执行的。此外对于复杂场景中的着陆任务，需施加更多约姿态束来确保传感器视场。因此，需设计同时考虑平动与姿态动力学的6-dof动力下降轨迹。文献“lee u,mesbahiy m.optimal powered descent guidancewith 6-dof line of sight constraints via unit dual quaternions[c].aiaaguidance,navigation,and control conference,kissimmee,usa,january 5-9,2015.”公开了一种模型预测控制方法。文献所述方法动力学方程精度很大程度上依赖于离散时间步长，为保证系统稳定需要限制预测时域长度，导致优化问题较复杂，另外需要添加附加条件保证系统稳定性和可行性。文献“szmuk m,eren u,b.successiveconvexification for
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：
2、为了解决月球着陆制动段存在的姿轨耦合问题，提高着陆精度；本专利技术提供了一种月面着陆制动段6-dof轨迹的序列凸优化方法。
3、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
4、一种月面着陆制动段6-dof轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，包括：
5、建立着陆器6-dof动力学模型；
6、根据着陆过程约束条件建立优化问题模型，得到连续最优控制问题p1；
7、对着陆器6-dof动力学模型进行凸化处理，对连续最优控制问题p1进行离散化转化为序列凸规划问题p2；采用序列凸规划方法对序列凸规划问题p2进行求解。
8、本专利技术进一步的技术方案：所述着陆器6-dof动力学模型为：
9、
10、其中，rl,vl,pl∈r3分别为月固系下的着陆器位置、速度和推力矢量，μm为月球引力参数，ω＝[0,0,ωm]t为月固系下的月球自转角速度矢量，ωm为月球自转角速度常量，m为着陆器当前质量，ja∈r3×3为本体系下的着陆器惯性张量矩阵，ma∈r3为作用在着陆器上的力矩，qa←l＝[q1,q2,q3,q4]t为从月固系到本体系的四元数参数，ca←l为qa←l对应的旋转矩阵，pa＝[p,0,0]t为本体系下的推力矢量，isp为燃料比冲，ge为地球重力加速度。
11、本专利技术进一步的技术方案：所述序列凸规划问题p2为：
12、
13、其中，μ为虚拟控制的松弛变量，λν为μ的惩罚因子，υf为终端约束的松弛变量，λf为υf的惩罚因子，m和f为离散后的动力学方程矩阵，x为待优化变量，为终端状态量约束函数，mdry为着陆器干质量参数，hl为着陆器距离月面的最低高度，rm为月球半径，δx为状态量的信赖域半径，δu为控制量的信赖域半径，η为状态量和控制量的综合信赖域半径，υ为虚拟控制量，pl为推力下限，pu为推力上限，mu为力矩模值上限，上标k-1表示凸化展开点相关量，上标k表示第k次迭代的待求解量。
14、本专利技术进一步的技术方案：所述序列凸规划方法的求解过程包括：
15、给定信赖域更新参数βsh,βgr,ρ1,ρ2,0≤ρ0＜ρ1，βsh,βgr＞1，收敛判定参数ε＞0,μtol＞0，离散点间隔数n，状态量和控制量的初始猜测记k＝1；
16、步骤1：以(x(k-1),u(k-1))为凸化展开点，求解问题p2得到(x(k),u(k))；
17、步骤2：检查是否满足如下终止条件：
18、||xk-x(k-1)||2＜εandμ＜μtol
19、如满足，则停止迭代，否则进行步骤3；
20、步骤3：利用(x(k),u(k))根据下式计算ρ值：
21、
22、根据信赖域更新机制调整信赖域半径；
23、若ρ＜ρ0，直接返回步骤1，ρ0为初始的信赖域半径；否则，令k＝k+1，返回步骤1。
24、本专利技术进一步的技术方案：所述信赖域更新机制具体为：
25、若ρ＜ρ1则表示凸化后的模型不准确，应减小信赖域半径，令η＝η/βsh；若ρ1≤ρ＜ρ2则表示凸化后的模型较准确，信赖域半径不变；若ρ≥ρ2则表示凸化后的模型是保守的，应增大信赖域半径，令η＝βgrη；ρ1和ρ2为给定值。
26、一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。
27、一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。
28、本专利技术的有益效果在于：
29、本专利技术提供的一种月面着陆制动段6-dof轨迹的序列凸优化方法，考虑月球自转和非恒定引力场，建立着陆器姿轨耦合动力学，并能有效求解月面着陆制动段6-dof最优轨迹规划问题，从而提高月面着陆精度。
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1.一种月面着陆制动段6-DoF轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种月面着陆制动段6-DoF轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，所述着陆器6-DoF动力学模型为：
3.根据权利要求1所述一种月面着陆制动段6-DoF轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，所述序列凸规划问题P2为：
4.根据权利要求1所述一种月面着陆制动段6-DoF轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，所述序列凸规划方法的求解过程包括：
5.根据权利要求1所述一种月面着陆制动段6-DoF轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，所述信赖域更新机制具体为：
6.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1-5任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1-5任一项所述的方法。
【技术特征摘要】
1.一种月面着陆制动段6-dof轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种月面着陆制动段6-dof轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，所述着陆器6-dof动力学模型为：
3.根据权利要求1所述一种月面着陆制动段6-dof轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，所述序列凸规划问题p2为：
4.根据权利要求1所述一种月面着陆制动段6-dof轨迹的序列凸优化方法，其特征在于，所述序列凸规划方法的求解过程包括：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明明，董淼，罗建军，朱战霞，马卫华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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