多级航天器在有限推力情况下的最优变轨问题探讨

与航天运载器类似,航天器也可以有单级与多级之分。一个多级航天器是由几个具有动力装置的航天器经串联而成的组合体。本文研究这类航天器的最优变轨问题。多级航天器在有限推力情况下的最优变轨问题,实质上属于多级最优控制问题。本文应用多级最优控制问题的求解原理,讨论有限推力情况下,两级航天器在两共面圆轨道之间的两类最优转移问题,给出了确定最优推力程序和最优转移轨迹的定解方程和定解条件,特别考察了级间分离时刻应满足的条件。本文给出的原理同样适用于非圆形、非共面轨道之间的最优转移问题。     

航天器太阳帆板展开过程的最优控制

本文讨论航天器太阳帆板展开过程中主体姿态的最优控制问题. 利用多体动力学与最优控制理论建立数学模型, 考虑系统的非完整约束特性, 提出太阳帆板展开过程的最优控制算法. 通过数值仿真, 表明该方法对太阳帆板展开姿态控制的有效性.      

基于指数平均动量鸽群优化的多无人机协同目标防御

针对多无人机(UAV)协同目标防御问题,提出了一种基于指数平均动量鸽群优化(EM-PIO)算法。针对三维空间中的多无人机协同目标防御系统进行建模,得到了无人机支配区域的曲面约束方程,并获得了双方无人机的最优控制输入量。采用多级罚函数法构造了优化算法的目标函数,并通过所提出的EM-PIO算法来求解最优目标点。将所提EM-PIO算法与遗传算法(GA)和粒子群优化(PSO)算法进行仿真对比实验,验证了所提EM-PIO算法更加有效解决多无人机协同目标防御问题。     

基于最小值原理的冗余度机器人动力学控制

为了解冗余度机器人全局法优化中数值求解的困难，本文讨论了动力学方程的建立，无约束和有约束最优控制问题之间的内在联系，重点分析了求解最优控制问题的数值方法，文中提出了双向异步积分迭代的求解正则方程组的直接迭代法，较好解决了状态方程和协态方程稳定相逆给求解两点这值问题带来的困难。     

医学中的一个最优控制问题

本文讨论并解决了医学中的一个最优控制问题,从而为选择最佳注射方案提供了一个理论依据。     

基于遗传算法的空间机械臂运动规划的最优控制

讨论了空间机械臂系统运动规划问题.利用系统的非完整特性,将空间机械臂运动规划转化为非线性系统最优控制问题.在最优控制中引入遗传算法,替代传统的牛顿迭代方法,提出基于遗传优化方法的运动规划最优控制数值算法.通过仿真计算,表明该方法的有效性.      

广义正交多项式在时变系统跟踪问题中的应用

采用广义正交多项式的展开技术,利用其积分、乘积运算阵,对于时变线性系统最优控制中的跟踪问题,直接从最优控制的性能泛函入手,将最优控制问题转化为代数极值问题,从而避免了求解非线性Riccati方程,得到了一个较为简便的算法,并结合实例说明了方法的可行性.      

一类结构随机跳变系统的最优控制方法

针对一类复杂的结构随机跳变系统提出了一种新的最优控制方法,解决了当系统结构的转换过程难以观测或根本无法观测情况下结构随机跳变系统的控制问题.在机载障碍规避系统的反干扰最优控制问题中的仿真结果,验证了这种方法的有效性.      

挠性航天器姿态机动时间最优控制研究

针对挠性航天器单轴姿态快速机动的控制问题,将系统的模型处理成非约束模型,采用极小值原理求解了问题的时间最优控制律,并结合边值条件推导了时间最优控制的切换时间应满足的充要条件.利用切换时间所满足的非线性方程组分析和证明了时间最优控制的对称性及满足的条件:在不考虑阻尼系数时,问题的时间最优控制是机动时间上的对称函数.利用这个规律,对刚体+1阶挠性模态的时间最优姿态机动问题进行了解析求解.针对挠性模态阶次较高时难以求解非线性方程组的问题,将模型离散化,把问题处理成一系列受约束的最小二乘优化问题来求解,数学仿真表明了该方法的有效性.     

高动态无人飞行器轨迹规划与控制技术

针对高动态无人飞行器的飞行环境中,气动力、气动热条件苛刻,飞行参数和结构变化剧烈的特点,研究了多约束条件下的轨迹规划与设计方法.提出了以无人飞行器倾侧角为主控制量,将轨迹规划问题转化为最优控制问题,采用极大值原理和改进的邻近极值法,求解无人飞行器总吸热量最小的最优控制,并使得最优控制满足所有飞行边界约束和终端约束.最后,以某型高动态无人飞行器为对象,仿真证明了方法的有效性.     

带静态参数的高超声速飞行器轨迹优化算法

提出了一种求解带静态参数最优控制问题的间接算法,解决了带静态参数的高超声速飞行器轨迹优化问题.将最优控制中的静态参数分为3类:终端时间、边界点状态变量和设计变量.通过转换公式,可以将终端时间变为优化过程中的一个设计变量,终端时间可变问题转换为终端时间固定问题.边界点状态变量自由,可以根据极大值原理推导获得相应的协态边界条件.设计变量可以看作是导数为零的状态变量,从而获得新的状态方程和协态方程,以及初始和终端对应设计变量的协态值.经过变化,带静态参数的最优控制问题构成一个标准两点边值问题.最后以乘波体为研究对象,将气动外形参数作为优化静态参数,完成了外形/轨迹一体化优化设计,获得了满足全局最大航程要求的最优气动外形.      

基于滚动时域的无人机空战决策专家系统

针对专家系统法在空战应用中存在适应性差的缺陷,提出了一种基于滚动时域控制(RHC)的机动决策算法对空战机动决策专家系统进行改进.首先,系统地分析了在专家系统空战机动决策中的最优控制问题,完成了机动决策最优控制模型系统状态方程的建立、控制约束的设计以及指标函数的建立.在此基础上,根据滚动时域法原理,将整个空战过程分解为若干有限时域,并在每个时域内将空战机动决策问题视为初始条件不断更新的专家系统机动决策最优控制模型的求解,反复进行直到空战结束.仿真结果表明,在专家系统法失效的情况下,通过求解专家系统空战机动决策滚动时域最优控制模型,无人机能够快速地进行有效的机动决策.      

小展弦比机翼颤振抑制的状态空间法与最优控制律

本文介绍了机翼颤振抑制系统的状态空间分析方法,文中给出了利用后缘控制面作为控制输入时机翼颤振点的变化。控制律是颤振抑制中的中心问题,本文采用满足二次型性能指标为最小的最优控制。计算表明:合适的状态加权阵使颤振速度提高。对所采用的算例,其颤振临界速度提高了一倍以上。     

小孔径多级孔板组件节流效应仿真

对小孔径多级孔板组件(简称多级孔板)节流效应进行仿真研究,发现这类仿真对初场要求非常严格,初场不合理很容易产生伪平衡问题,通过迭代计算寻找合理初场的方法解决了该问题.同时对孔径0.1 mm、孔径比0.025的多级孔板进行了数值仿真,仿真结果表明孔板数是影响多级孔板流量系数的主要因素.根据仿真数据给出多级孔板流量系数拟合公式,可以应用于工程设计计算.      

基于高斯伪谱法的空天飞机上升段最优轨迹设计

针对复杂多约束条件下空天飞机上升段燃料最优轨迹优化问题,提出一种基于高斯伪谱法的上升段轨迹优化策略.依据发动机的推力特性将上升轨迹合理分段,使原最优控制问题转化为多段最优控制问题后,采用高斯伪谱法进行并行优化计算.数值仿真结果表明采用这种轨迹优化策略能够满足组合动力系统工作模态转换时对飞行状态的约束条件,可以在较短的时间内完成高精度的上升段轨迹优化任务,从而验证了该方法的有效性.     

建立合理运输结构的Fuzzy模式

本文是论文《2000年民航客运的需求分析》中的一部分。文中在改进Fuzzy初始综合评判模型的基础上运用了多级决策模型,同时还采用了Puzzy子集描述加权系数的方法,以解决政策变量给不出确切数值的困难;又鉴于本文采用的“算子”及实际问题的需要引入了“拟权向量”的新概念。并将上述多级决策综合评判模型应用于运输结构的分析中,为运输结构的定量分析提供了一种新方法。最后给出了建立合理的民航、铁路、公路及水运客运运输结构的实例。     

李群变分积分子在最优航迹规划中的应用

结合几何力学的相关理论,研究了个体的航迹优化的控制策略及其算法实现。构造随机规划算法以获取可行航迹点序列,具有较好的全局收敛性。利用最优控制方法求解所得航迹点之间的最优控制。几何力学着眼于个体的几何特性,利用李群来描述刚体的运动。依据离散变分原理得到了刚体的李群变分积分子。藉由李群变分积分子构造的最优控制算法,可以高效的实现刚体运动的最优控制。     

利用高斯伪谱法求解小推力伴星最优释放轨迹

针对近距离相对运动的轨道控制问题,提出用常值小推力完成最优转移的方法。基于C-W方程,推导了相对运动解析解的表达式,讨论了在无控条件下能够形成稳定绕飞构型的初始相对速度和相对位置的限制条件,以此限制条件作为终端条件,以伴星释放时近似为零的相对速度和相对位置为初始条件,建立了利用连续小推力实现的伴星释放最优控制问题的模型。选用了高斯伪谱法将最优控制问题离散化,转化成非线性规划问题并通过系列二次规划法完成求解。数值仿真算例表明,利用高斯伪谱法求解此问题可以有效地收敛到最优解。     

地-空导弹自适应最优制导律初探

本文从自适应控制的基本思想出发,利用最优控制理论,在建立地-空导弹最优制导律的基础上,考虑导弹质心的动力学方程,建立了扩维的系统状态方程和测量方程。再利用最优控制理论和非线性系统扩维Kalman滤波理论,推导出地-空导弹自适应最优制导律,进行数字计算,得到了比较满意的结果,为进一步探讨地-空导弹的自适应最优制导律提供了有价值的参考。