张延坤1,韦常柱2,刘哲1
Yan-Kun ZHANG 2,Zhe LIU2
摘要: 针对高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化面临的强非线性、多约束及高实时性要求等难题,提出了一种基于同伦解析递推的高效轨迹优化方法。首先,给出基于线性化动力学算子的同伦分析法,通过构造包含系统雅可比矩阵信息的辅助线性算子,推导出了状态变量的显式解析递推模型,实现了对飞行轨迹的高精度快速预测。其次,基于该解析解的显式结构,提出了一种半解析梯度计算策略,利用解析预测器的快速性,通过链式法则与前向灵敏度递推相结合的方式获取梯度信息,避免了传统数值积分求解变分方程的繁琐过程,在保证梯度精度的同时显著降低了计算负担。最后,构建了基于原对偶内点法的轨迹优化框架,利用上述高效梯度信息引导搜索,在保证算法收敛性的同时,有效处理了热流、过载等高度非线性的过程与终端约束。仿真结果表明,所提出的解析递推算法在保证预测精度的同时,单次轨迹递推耗时仅为毫秒级;相比于传统伪谱法或数值打靶法,本文方法在计算速度上显著提升,能够生成严格满足所有飞行约束的平滑轨迹,具有在线应用的潜力。
中图分类号: