月球定点着陆轨道优化:Gauss伪谱法与直接打靶法结合
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更新于2024-09-14
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"该文提出了一种将Gauss伪谱法和直接打靶法结合的月球定点着陆轨道优化方法,旨在解决月球着陆器的最优控制问题。通过高斯伪谱法求解初始优化变量,并用直接打靶法获取精确最优解,实现了在多约束条件下的高效优化策略。这种方法具有鲁棒性强、收敛速度快的特点。"
在航天领域,月球着陆器的定点软着陆轨道优化是一项复杂而关键的任务,它涉及到精确的轨迹规划和控制策略以确保安全、有效地到达预设地点。本文主要探讨了两种数值优化方法——Gauss伪谱法和直接打靶法的融合应用,以解决这一问题。
Gauss伪谱法是一种求解最优控制问题的高级数值方法,尤其适合处理非线性动态系统。它通过选取特定的Gauss节点进行插值,能够获得高精度的解,同时减少计算量。在月球着陆器的轨道优化问题中,Gauss伪谱法被用来离散状态变量和控制变量,通过较少的节点来寻求初始优化方案,从而实现快速的计算。
直接打靶法是另一种常用的优化技术,它通过对控制变量在Gauss节点上的离散化,直接求解精确的最优解。这种技术在处理边界条件和约束问题时表现优秀,可以确保找到全局最优解。在本文的方法中,直接打靶法用于在Gauss节点上进一步优化由Gauss伪谱法得到的初值,以达到最终的精确轨道设计。
串行优化策略是该方法的核心,它将控制变量和终端时间作为共同的优化变量,从可行解出发逐步逼近最优解。这种方法考虑了优化方法各自的优点,通过两者的协同工作,能够在满足多约束条件的情况下,有效地解决月球着陆器的着陆轨道设计难题。
通过仿真分析,该文提出的轨道优化方法表现出良好的鲁棒性,即使面对不确定性或干扰也能保持稳定。同时,由于采用了有效的优化策略,该方法在计算收敛速度上也具有显著优势,这在实时性要求高的航天任务中显得尤为重要。
总结来说,这项研究为月球着陆器的轨道优化提供了新的思路,结合了Gauss伪谱法和直接打靶法的优势,解决了多约束条件下的轨道设计问题,有助于提升月球探测任务的成功率和效率。这一方法不仅对于月球着陆任务有直接的应用价值,也为其他天体的软着陆和轨道规划提供了理论和技术支持。
2022-07-13 上传
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