一种基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法

doi:10.7527/S1000-6893.2015.0046

电子与控制

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一种基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法

邓逸凡^1,2, 李超兵³, 王志刚^1,2

1. 西北工业大学航天学院, 西安 710072;
2. 航天飞行动力学技术重点实验室, 西安 710072;
3. 北京航天自动控制研究所, 北京 100854

收稿日期:2014-12-02 修回日期:2014-12-24 出版日期:2015-06-15 发布日期:2015-03-04
通讯作者: 王志刚 Tel.: 029-88495783 E-mail: sbeotal@nwpu.edu.cn E-mail:sbeotal@nwpu.edu.cn
作者简介:邓逸凡男, 博士研究生。主要研究方向: 航天器动力学与控制。 Tel: 029-88495783 E-mail: ivan.dunne@163.com;李超兵男, 硕士, 高级工程师。主要研究方向: 导航、制导与控制。 E-mail: lcbpku@163.com;王志刚男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向: 飞行器设计, 航天器动力学与控制。 Tel: 029-88495783 E-mail: sbeotal@nwpu.edu.cn

An iterative guidance algorithm using orbital elements as terminal constraints for spacecraft orbit transfer

DENG Yifan^1,2, LI Chaobing³, WANG Zhigang^1,2

1. School of Astronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China;
2. National Key Laboratory of Aerospace Flight Dynamics, Xi'an 710072, China;
3. Beijing Aerospace Automatic Control Institute, Beijing 100854, China

Received:2014-12-02 Revised:2014-12-24 Online:2015-06-15 Published:2015-03-04

摘要/Abstract

摘要：

针对航天器空间变轨任务的制导问题,研究了一种适用的迭代制导算法。在传统迭代制导方法的基础上,直接在地心惯性系中建立最优控制模型,以推力方向矢量为控制量来适应大姿态角变化情形;推导直接以目标轨道要素为终端约束的边界条件,给出终端约束方程求解精度和入轨精度的关系;得到一种简单有效的基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法。通过仿真验证了所给制导算法的有效性,相比传统迭代制导方法其具有更强的适应性。

关键词: 空间变轨, 迭代制导, 最优控制, 轨道要素, 边界条件

Abstract:

An adapted iterative guidance algorithm is researched for the orbit transfer mission of spacecraft. Based on the traditional iterative guidance method, we directly found the optimal control model on the geocentric inertial frame, use the orient vector of the thrust as the control variable to adapt for the significantly change of attitude angel, found the boundary conditions by using the target orbital elements directly as the terminal constraints, obtain the relationship between the accuracy of the solutions of the constraint equations and the injection accuracy, and then present a concise and effective iterative guidance algorithm using orbital elements as terminal constraints for spacecraft orbit transfer. Numerical simulations have demonstrated the effectiveness and better adaptability than the traditional method.

Key words: orbit transfer, iterative guidance, optimal control, orbital elements, boundary conditions

中图分类号:

V448.13

邓逸凡, 李超兵, 王志刚. 一种基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法[J]. 航空学报, 2015, 36(6): 1975-1982.

DENG Yifan, LI Chaobing, WANG Zhigang. An iterative guidance algorithm using orbital elements as terminal constraints for spacecraft orbit transfer[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2015, 36(6): 1975-1982.

参考文献

[1] Song Z Y. From accurate, precise to perfect—Manned space promotesthe development of guidance method on launch vehicle[J]. Aerospace Control, 2013, 31(1): 4-10, 31 (in Chinese). 宋征宇. 从准确、精确到精益求精——载人航天推动运载火箭制导方法的发展[J]. 航天控制, 2013, 31(1): 4-10, 31.
[2] Hanson J M, Cruzen M W. Ascent guidance comparisons, AIAA-1994-3568[R]. Reston: AIAA, 1994.
[3] Haeussermann W. Saturn launch vehicle's navigation, guidance and control system[J]. Automatica, 1971, 7(5): 537-556.
[4] Lyu X G, Song Z Y. Study of the iterative guidance engineering application to manned launch vehicle[J]. Manned Spaceflight, 2009(1): 9-14 (in Chinese). 吕新广, 宋征宇. 载人运载火箭迭代制导方法应用研究[J]. 载人航天, 2009(1): 9-14.
[5] Lu P, Griffin B, Dukeman G, et al. Rapid optimal multiburn ascent planning and guidance[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2008, 31(6): 1656-1664.
[6] Lu P, Pan B F. Highly constrained optimal launch ascent guidance[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2010, 33(2): 404-414.
[7] Dukeman G A. Atmospheric ascent guidance for rocket-powered launch vehicles, AIAA-2002-4559[R]. Reston: AIAA, 2002.
[8] Lu P, Sun H S, Tsai B. Closed-loop endo-atmospheric ascent guidance[J]. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2003, 26(2): 283-294.
[9] Ru J X. An iterative guidance method for liquid launch vehicle[J]. Science in China Series E: Technological Sciences, 2009, 39(4): 696-706 (in Chinese). 茹家欣. 液体运载火箭的一种迭代制导方法[J]. 中国科学 (E辑: 技术科学), 2009, 39(4): 696-706.
[10] Wu N, Cheng W K, Wang H. An improved iterative guidance method for launch vehicle[J]. Journal of Dynamics and Control, 2009, 7(3): 279-282 (in Chinese). 吴楠, 程文科, 王华. 运载火箭迭代制导方法的改进研究[J]. 动力学与控制学报, 2009, 7(3): 279-282.
[11] Wang Y, Tang S. Optimal vacuum flight trajectory design and guidance method[J]. Computer Simulation, 2011, 28(10): 78-82 (in Chinese). 王炀, 唐硕. 最优真空飞行轨迹设计和制导方法研究[J]. 计算机仿真, 2011, 28(10): 78-82.
[12] Liu X J, Ye C M, Zhang L J, et al. A robust nonlinear self-adaptive control method with large yaw for rocket orbital insertion[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2012, 35(4): 434-437, 445. 刘新建, 叶成敏, 张立佳, 等. 火箭入轨的大偏航非线性鲁棒自适应控制方法[J]. 固体火箭技术, 2012, 35(4): 434-437, 445.
[13] Liu X J, Hao Z L, Gao X L. A method of direct pin-point orbital entry for spacecraft[J]. Journal of Ballistics, 2013, 25(1): 1-4 (in Chinese). 刘新建, 郝子龙, 高兴龙. 空间飞行器的一种直接定点入轨控制方法[J]. 弹道学报, 2013, 25(1): 1-4.
[14] Fu Y, Chen G, Lu B G, et al. A vacuum adaptive iterative guidance method of launch vehicle based on optimal analytical solution[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2011, 32(9): 1696-1704 (in Chinese). 傅瑜, 陈功, 卢宝刚, 等. 基于最优解析解的运载火箭大气层外自适应迭代制导方法[J]. 航空学报, 2011, 32(9): 1696-1704.
[15] Pan B F. Theory and applications of closed-loop guidance for aerospace vehicle[D]. Xi'an: Northwestern Polytechnical University, 2010 (in Chinese). 泮斌峰. 空天飞行器闭环制导理论与应用研究[D]. 西安: 西北工业大学, 2010.
[16] Han Z Z. An iterative guidance method for the large vehicle[J]. Journal of Astronautics, 1983, 1(1): 9-21 (in Chinese). 韩祝斋. 用于大型运载火箭的迭代制导方法[J]. 宇航学报, 1983, 1(1): 9-21.

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[1]	颜黎明, 郭鑫, 赵冬冬. 基于新型权重解析法的永磁电机预测转矩控制[J]. 航空学报, 2022, 43(12): 327785-327785.
[2]	范月华, 段毅, 周乃桢, 杨攀. 高马赫数层流摩阻数值计算精度[J]. 航空学报, 2021, 42(9): 625737-625737.
[3]	郭霄, 杨青真, 文振华, 李树豪, 方鹏亚. 吸波材料脱落对球面收敛喷管电磁散射特性的影响[J]. 航空学报, 2021, 42(6): 224466-224466.
[4]	马宗占, 许志, 唐硕, 张迁. 一种改进的运载火箭迭代制导方法[J]. 航空学报, 2021, 42(2): 324218-324218.
[5]	王育鹏, 裴连杰, 李秋龙, 郑建军, 冯建民, 王凡. 新一代战斗机全机地面强度试验技术[J]. 航空学报, 2020, 41(6): 523482-523482.
[6]	王少博, 郭杨, 王仕成, 刘志国, 张帅. 带有引诱角色的多飞行器协同最优制导方法[J]. 航空学报, 2020, 41(2): 323402-323402.
[7]	陈奇, 赵敏, 李宇辉, 何紫阳. 基于梯度下降法的翼伞系统最优分段航迹规划[J]. 航空学报, 2020, 41(12): 324226-324226.
[8]	刘洁, 韩维, 徐卫国, 刘纯, 袁培龙, 陈志刚, 彭海军. 基于滚动时域的舰载机甲板运动轨迹跟踪最优控制[J]. 航空学报, 2019, 40(8): 322842-322842.
[9]	张晓辉, 刘莉, 戴月领. 燃料电池无人机能源管理与飞行状态耦合[J]. 航空学报, 2019, 40(7): 222793-222793.
[10]	彭坤, 彭睿, 黄震, 张柏楠. 求解最优月球软着陆轨道的隐式打靶法[J]. 航空学报, 2019, 40(7): 322641-322641.
[11]	唐志共, 陈浩, 毕林, 袁先旭. 自适应笛卡尔网格超声速黏性流动数值模拟[J]. 航空学报, 2018, 39(5): 121697-121697.
[12]	李超兵, 吕春红, 尚腾. 一种基于轨道根数约束的最优制导方法[J]. 航空学报, 2018, 39(4): 321680-321680.
[13]	刘光远, 魏志, 彭鑫, 陈德华, 贾智亮. 跨声速风洞槽壁干扰评估与修正技术的应用[J]. 航空学报, 2018, 39(2): 121499-121499.
[14]	龚春林, 赤丰华, 谷良贤, 方海. 基于Karhunen-Loève展开的分布式变体飞行器最优控制方法[J]. 航空学报, 2018, 39(2): 121518-121518.
[15]	严旭飞, 池骋, 陈仁良, 李攀. 变转速旋翼直升机单发失效低速回避区分析[J]. 航空学报, 2018, 39(10): 122107-122107.