再入滑翔飞行器快速轨迹优化及制导方法研究.pdf

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1、国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.7密级：公开工学硕士学位论文再入滑翔飞行器快速轨迹优化及制导方法研究硕士研究生：高兴导师：崔乃刚教授申请学位：工学硕士学科、专业：航空宇航科学与技术所在单位：航天工程系答辩日期：2018年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.D.C.:629.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringResearchonRapidTrajectoryOptimizationa

2、ndGuidanceforEntryGlidingVehicleCandidate：GaoXingSupervisor：Prof.CuiNaiGangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticalandAstronauticalScienceandTechnologyAffiliation：Dept.ofAstronauticsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-I

3、nstitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要基于快速优化技术的闭环制导方案根据飞行器的当前状态，在线对满足过程约束以及终端约束的轨迹进行在线优化设计，并给出最优的制导控制指令，相对于传统制导方法其制导精度较高且具有较高的抗干扰性与适应性，其中轨迹快速优化技术还能大幅度提升总体设计与轨迹设计工作的效率。综上所述，本文针对滑翔飞行器的快速轨迹优化技术以及基于快速优化的闭环制导技术开展研究。详细调研了国内外关于快速轨迹优化及闭环制导技术的研究发展现状，梳理分析

4、了其技术脉络，为研究工作提供参考。针对本文所研究的轨迹优化问题的特点建立了其数学模型，在半速度系下建立了再入数学模型，分析了优化问题应考虑的各类约束条件以及性能指标。现有算法在解决轨迹优化问题时效率通常较低，若将原问题转化为为凸优化问题，求解效率将大为提高。本文采用序列凸化技术提高问题求解速度，序列凸化的核心思想就是通过将非线性动力学和其他非线性约束进行线性化近似，得到近似问题的解。本文采用Radau伪谱法将原问题进行离散，以代数约束表示动力学微分方程约束，经过线性化处理，每一步迭代求解一个凸的子问题，并将每一次迭代得

5、到的最优解作为下一次迭代的线性化参考点，直至最优解收敛。通过仿真验证了该方法的可行性，与基于Radau伪谱法进行离散并采用序列二次规划方法进行求解的传统方法相比，其性能指标基本一致，但求解效率大大提升，验证了提高求解效率的有效性。开展基于滚动时域原理的闭环制导方法研究，采用基于序列凸化技术的优化方法作为最优控制指令的求解方法，考虑轨迹优化周期内开环跟踪轨迹优化结果将制导过程存在较大偏差，本文将传统LQR标准轨迹跟踪方法与滚动时域优化原理相结合，在每一制导周期内基于LQR跟踪方法对上一制导周期内得到的标准轨迹进行跟踪，通

6、过仿真验证了该方法的可行性，在相同组合偏差条件下其制导精度相对于传统LQR轨迹跟踪方法有小幅提升。关键词：滑翔飞行器；快速轨迹优化；序列凸化；滚动时域；再入制导-.I.-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTherapidtrajectoryoptimizationtechnologycanbeappliedtotheoptimizationofthenominaltrajectoryofaglidingaircraftandoveralldesigntaskstoimprovethedesigneffici

7、encyandreducethepreparationtimebeforelaunch.Atthesametime,theonlineoptimalguidancesystembasedontrajectoryrapidoptimizationgetthereal-timeoptimaltrajectorytomeettheprocessconstraintsandterminalconstraintsrequirements,accordingtothecurrentStateoftheaircraft,andgiv

8、esthebestguidanceinstructions,ithasbetterautonomy,robustness,self-adaptationandhighguidanceaccuracy.Thispaperfocusesonthefasttrajectoryoptimizationtechnologyforglidin