基于变质心滚控模式的再入飞行器轨迹优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于变质心滚控模式的再入飞行器轨迹优化方法，用于解决现有再入飞行器轨迹控制方法鲁棒性差的技术问题。技术方案是通过建立一维变质心滚控再入飞行器数学模型，建立一维变质心滚控再入飞行器轨迹优化模型，一维变质心滚控再入飞行器轨迹优化模型的求解。该方法考虑了飞行器再入过程中存在的各类约束，并通过引入控制约束与一维变质心控制能力约束，建立了包含制导系统与控制系统匹配性的一维变质心滚控再入飞行器轨迹优化模型，同时采用模拟退火算法对轨迹优化模型进行求解，克服了经典优化方法局部收敛的缺点，获取了在满足过程约束与边界约束条件下，适于一维变质心滚控方式的标称轨迹，提高了制导与控制系统的鲁棒性。
【专利说明】基于变质心滚控模式的再入飞行器轨迹优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种再入飞行器轨迹优化方法，特别是涉及一种基于变质心滚控模式的再入飞行器轨迹优化方法。
【背景技术】
[0002]可实现再入机动的飞行器气动布局主要有三种，一是十字舵面外形，可通过三轴的姿态控制达到改变控制力大小和方向的目的；二是可改变攻角倾斜转弯外形，其具有两轴控制特性，通过控制再入飞行器滚动一定的角度，并控制攻角产生适当的升力，实现机动控制；三是固定配平攻角外形，其具有单轴控制特性，采用单通道滚动控制方式实现再入机动。相对于前两种气动布局，固定配平攻角外形的飞行器气动外形与控制系统简单，但是由于其升力大小不可控，无法实现零升力弹道。在接近目标时，需要合适的制导律来消耗多余的升力以实现对落点的精确控制。
[0003]再入段制导律设计主要包括:跟踪标称轨迹完成再入飞行器导引的标称轨迹法；通过闭环解析预测或快速数值积分预测手段实现再入导引的预测轨迹法。根据标称轨迹法得到的再入轨迹，一般具有优良的再入热力学环境，对实际轨迹与标称轨迹的偏差具有有限的鲁棒性，对弹载计算机功能要求较低。但当再入实际轨迹与参考轨迹的偏差超出制导律自身所能承受的范围时，制导性能将大幅下降。预测轨迹法对再入初始条件散布、再入飞行过程中各类条件的不确定性具有很强的鲁棒性，但其对导航误差与制导模型误差非常敏感、对弹载计算机功能要求比较高。
[0004]文献“一种基于不对称再入体的制导与控制方法研究(李自行，李高风.航天控制，2011，29 (6):44-48) ”公开了一种再入飞行器轨迹优化方法，该方法主要研究一种适用于不对称再入体的滚转制导律，通过调节升力作用方向以改变升力在误差平面内投影分量大小，可以有效地控制误差角，使其在接近目标时趋于零，从而实现落点的精确控制。但是，制导系数的大小对再入体滚动的快慢和落点精度的影响较大，从而导致制导系数的选取比较困难、制导系统的鲁棒性较差。
【发明内容】
[0005]为了克服现有再入飞行器轨迹优化方法鲁棒性差的不足，本发明提供一种基于变质心滚控模式的再入飞行器轨迹优化方法。该方法通过建立一维变质心滚控再入飞行器数学模型，建立一维变质心滚控再入飞行器轨迹优化模型，一维变质心滚控再入飞行器轨迹优化模型的求解。该方法考虑了飞行器再入过程中存在的各类约束，并通过引入控制约束与一维变质心控制能力约束，建立了包含制导系统与控制系统匹配性的一维变质心滚控再入飞行器轨迹优化模型，同时采用模拟退火算法对轨迹优化模型进行求解，克服了经典优化方法局部收敛的缺点，获取了在满足过程约束与边界约束条件下，适于一维变质心滚控方式的标称轨迹，提高了制导与控制系统的鲁棒性，降低了控制系统设计难度。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于变质心滚控模式的再入飞行器轨迹优化方法，其特点是采用以下步骤:
[0007]步骤一、建立一维变质心滚控再入飞行器数学模型。
[0008]根据牛顿第二定理，建立在半速度坐标系的壳体质心平动的动力学矢量方程为
[0009]
【权利要求】
1.一种基于变质心滚控模式的再入飞行器轨迹优化方法，其特征在于采用以下步骤: 步骤一、建立一维变质心滚控再入飞行器数学模型； 根据牛顿第二定理，建立在半速度坐标系的壳体质心平动的动力学矢量方程为
【文档编号】G05D1/08GK103914073SQ201410165902
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】周军, 林鹏, 葛振振, 耿克达, 余晨菲 申请人:西北工业大学