文档介绍：摘要本文围绕平面情况下飞行器最佳变轨路径这一主题,在实际力学模型基础上进行简化,建立飞行器运动微分方程,并加以无量纲化处理。结合优化理论,给出优化形式的数学描述模型。分析了模型取极值的各种条件,对模型进行初积分处理并分析了边界条最终具有方向性地研究了梯度法和邻近极值法,并找到了二者之间的联系。利用梯度法对两点边值问题进行计算,将面对面的问题转化为一个点对点问题,将所得结果作为邻近极值法的初始值并进行精确计算。最后,描绘了最优变轨过程。关键词:飞行力学罴压斓纈最优控制,两点边值问题,一阶梯度法诮捣件。在以上基础上,对该问题的数值解法进行了较深入探索。在比较各种解法基础上,第国防科学技术人学研究生院学位论文
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第一章绪论§国内外研究工作进展目的与意义§额,它们的突出特点是自身承载能力很有限,加之在变轨过程中有些小卫星自身伸展机量损耗,提高有效载荷,且在有限推力下实现变轨可很好地控制入轨精度、减少不必要的轨道机动,这些,都意味着发射成本的降低,而在军事上则意味着侦察卫星消耗同样停泊轨道,然后利用其自身所带的动力装置来进行轨道转移以到达目标轨道。在选择最优转移路径时有多个指标可以考虑,诸如时间限制、能量消耗等等。在很多情况下能量消耗是最为重要的因素,因为能量消耗少会直接增加运载器有效载荷,这带来的直接好处就是发射成本的降低,这在商业化发射情况下尤为重要,而对僬降木梦佬嵌裕时间问题则是首要考虑的。可见,根据飞行器任务不同研究最佳变轨策略是很有现实意在以往发射飞行器过程中多采用大推力脉冲式变轨,以此方式发射大型高轨卫星时在精度及其卫星承受能力方面是完全可以接受的,且控制简单,所以它在过去的几十年里得到了广泛应用。但随着近年来卫星任务呈现多样性,中低轨道小卫星占去大部分份构已展开,更使其经受不了大推力变轨时带来的冲击,种种情况表明大推力脉冲式变轨的应用范围已经越来越小了,取而代之的将是有限推力下的轨道转移和具有持续小推力下的轨道转移,对于二者,我们认为前者更具实际意义,因为后者持续时间过长将给卫星任务的完成带来不便。随着现代推进技术的发展,火箭发动机在多次点火及维持有限推力的能力方面已相当成熟,有限推力下轨道转移己变得非常现实。它实质是对脉冲式变轨的精确化,所以研究此类最优轨道是很有现实和理论意义的。在这方面已有成功的应用,例如中巴远距离遥感卫星就采用的此类变轨。设计合理的最优转移轨道可减少能的能量可以完成多次轨道机动,增加在轨时间。这一课题一直是国内外关注的热点问题。⑻岢鲈谀芰肯淖在发射卫星过程中,由于受到发射场地理位置、发动机性能及发射精度等限制,卫星极少能直接被送入预定轨道,所以在实际的卫星发射过程中基本上是先将卫星发射到义的。国防科学技术大学研究生院学位论文第
算量是很大的,而且假定变轨过程中推力方向不变是有局限性的。因为在实际的工作过啊苯龀灞涔煊呕峁糜诹屏ο碌某踔挡虏猓欢庵址椒ǘ杂谛⊥少情况下的最优近似解法以来,这一问题引起了广泛关注。年,”饩隽道间的转移,蜓芯苛送衷灿朐补斓兰涞淖R疲琈研究了非共面轨道间的转另外一些学者则研究了有限推力下的轨道转移问题,基本上都是以R莆模型,然后根据实际情况进行轨道参数修正并计算额外的能量损失,在这方面作了蛃状翁岢隽巳伪涔煳侍獠⒅っ髁苏庵直涔煲S庞贖““、和深入研究了多次冲量下的最优轨道转移问题。行多次变轨可以达到最优的结果。还有很多学者则将转移次数作为变量而不是固定的值进行脉冲式变轨研究,这方面和⋯8梅椒ǖ某龇⒌闶荓啊翱4吹氖噶苛ρА捎檬捣椒ń杏邢尥屏ο碌墓斓雷R莆侍庋芯浚庵方法首先用于推力方向固定情况下,然后对推力方向愿┭鼋恰⑵ê浇抢幢硎进行多次取初值来计算能量损失,通过比较不同的结果找到最优方案。可见,这种方法的计程中,发动机推力方向是时变的,而且这样对节省能量也是有好处的,没有必要假定推力方向不变。随着现代最优控制理论的发展,越来越多的学者将这一新兴理论应用于最优变轨问题,并取得了很多成果。本文研究的连续推力下轨道优化问题需要同时解决最优控制问题和边值问题。在这两个领域,通常遇到的情况是初始状态和终端状态为已知,而共轭变量的初始值则没有任何信息,而最优控制理论研究的经常是一个共轭变量的微分方程,为了进行数值积分,它们的初值必须为已知,这就造成在求解时一个难以解决的矛盾。很多学者试图解决它,但通常的做法只是根据经验进行猜测,然后在解边值问题时进行改进,如“”的工作。力情况不尽人意,如果在变轨中没有滑行段,其结果更差。在共面圆轨道问转移特征速度这一基本问题。以后的工作者以此为蓝本作了大量的工作,在理论上做出了精确的证明,将砺塾τ糜谕衷补移,和”芯苛斯潭ㄈ剂虾凸潭ㄊ奔湎碌腍