王志刚, 陈祥

(西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072)

基于配点法的轨道在线优化方法研究

王志刚, 陈祥

(西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072)

针对传统轨道优化方法无法应用于轨道在线优化的问题,提出了三阶辛普森配点法结合乘子法求解轨道在线优化问题的方法。首先建立变轨的最优化模型;然后,用三阶辛普森配点法将该最优控制问题转化为受约束的非线性规划问题;最后,采用增广拉格朗日乘子法对转化得来的受约束的非线性规划问题进行求解。仿真结果表明,所提出的方法可以得到高精度的轨道优化结果,并且对状态量和控制量的初值选取不敏感,且仿真具有实时性,计算速度快,可以达到在线进行轨道优化的要求。

最优控制; 轨道优化; 在线优化; 配点法; 拉格朗日乘子法

引言

传统的轨道优化方法都不同程度地存在计算量过大或者轨道优化的求解对初值选取过于敏感等问题,这就导致只能在地面进行轨道优化计算,然后将数据存储于机载计算机从而控制航天器的飞行,无法达到航天器在空间自主在线进行轨道最优规划的目的。为了解决这一问题,本文采取了直接配点法和增广拉格朗日乘子法相结合的方法来求解轨道优化问题,提出了一种在线优化的方法。目的是只要航天器通过定轨系统得到其当前的位置和速度信息,结合目标任务的要求,就能实时在线、快速地生成一条最优轨道。

三阶辛普森配点法是一种将最优控制问题离散化求解的方法[1-2]。……