探月返回跳跃式再入标称轨迹制导律.pdf

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1、第２２卷第６期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．６２０１６年１２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＤｅｃ．２０１６探月返回跳跃式再入标称轨迹制导律１１２杜昕，刘会龙，黄悦琛（１．中国空气动力研究与发展中心高速空气动力所，绵阳６２１０００；２．国防科技大学航天科学与工程学院，长沙４１００７２）摘要：针对目前大多数跳跃式再入制导方案在初次再入段采用数值预测⁃校正算法存在的计算量较大、在线应用困难的问题，提出了一种新的跳跃式再入标称轨迹制导方案。整条标称轨迹通过离线轨迹规划算法得到。在初次再入段，采用非线性预测控制算法来跟踪阻力加速度⁃能量剖面，将预测跟踪误差表示为

2、依赖于控制量的截断泰勒展开式，然后寻找使得特定目标函数最小的控制量。进入二次再入段，采用类似于阿波罗末段制导的线性反馈跟踪方式，ＰＩＤ控制器系数通过插值得到。最后，在考虑各种误差的情况下进行了５００次蒙特卡洛仿真，仿真结果表明制导律的精度较高，鲁棒性较好。关键词：探月返回；跳跃式再入；标称轨迹制导；非线性预测控制；线性反馈控制中图分类号：Ｖ４１２?４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０６⁃０７６６⁃０８ＳｋｉｐＥｎｔｒｙＧｕｉｄａｎｃｅＵｓｉｎｇａＲｅｆｅｒｅｎｃｅＴｒａｊｅｃｔｏｒｙｆｏｒＬｕｎａｒＭｏｄｕｌｅ１１２ＤＵＸｉｎ，ＬＩ

3、ＵＨｕｉｌｏｎｇ，ＨＵＡＮＧＹｕｅｃｈｅｎ（１．ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｍｏｓｔｏｆｔｈｅｍａｔｕｒｅｓｋｉｐｅｎｔｒｙｇｕｉｄａｎｃｅｓｃｈｅｍｅｓ，ｓｕｃｈａｓ

4、ＰｒｅｄＧｕｉｄａｎｄＮＳＥＧｆｏｒＣＥＶｒｅｅｎｔｒｙ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｏｒ⁃ｃｏｒｒｅｃｔｏｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｇｕｉｄａｎｃｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｅｎｔｒｙｐｈａｓｅ．Ｎｕ⁃ｍｅｒｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｏｒ⁃ｃｏｒｒｅｃｔｏｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｏｆｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｉｓｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ，ｂｕｔｉｔｉｓｔｏｏｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｖｅｔｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｏｎｌｉｎｅ．Ａｎｅｗｇｕｉｄａｎｃｅｓｃｈｅｍｅｕｓｉｎｇａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｆ

5、ｏｒｓｋｉｐｅｎｔｒｙｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｗｈｏｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｏｆｆ⁃ｌｉｎｅｔｒａｊｅｃ⁃ｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｒｅｅｎｔｒｙｐｈａｓｅ，ａｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｕｓｅｄｔｏｔｒａｃｋｔｈｅｄｒａｇ⁃ｖｅｒｓｕｓ⁃ｅｎｅｒｇｙｐｒｏｆｉｌｅ．ＴｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｔｒａｃｋｉｎｇｅｒｒｏｒｗａｓｅｘｐｒｅｓｓｅｄａｓａｔｒｕｎｃａｔｅｄＴａｙ⁃ｌｏｒｓｅｒｉｅｓｄｅｐｅｎｄ

6、ｅｎｔｏｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｗａｓｔｈｅｎｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅａｃｏｓｔｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｅｒｒｏｒ．Ｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｒｅｅｎｔｒｙｐｈａｓｅ，ｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｗａｓｔｒａｃｋｅｄｂｙａｌｉｎｅａｒｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｈｉｃｈｗａｓｕｓｅｄｉｎＡｐｏｌｌｏｆｉｎａｌｐｈａｓｅ．ＴｈｅｇａｉｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ⁃ｌｅｒｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，

7、ｔｈｅｎｅｗｇｕｉｄａｎｃｅｓｃｈｅｍｅｗａｓｔｅｓｔｅｄｂｙｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ５００ｅｎｔｒｙｃａｓｅｓｗｉｔｈａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｅｒｒｏｒｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｎｅｗｇｕｉｄａｎｃｅｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｎｏｔａｂｌｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｕｎａｒｒｅｔｕｒｎ；ｓｋｉｐｅｎｔｒｙ；ｇｕｉｄａｎｃｅｕｓｉｎｇａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｌｉｎｅａｒｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌ收稿日期：２０１

8、６⁃０５⁃１０；修回日期：２０１６⁃１１⁃０４基金项目：国家自然科学基金（１１３