[發明專利]一種智能的月球軟著陸軌道控制器

有效

• 申請號: 201710367421.1
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107203133B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 劉興高;蔣雅萍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05B17/02;G06F17/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種智能的月球軟著陸軌道控制器，該軌道控制器由仿真模塊、優化模塊、執行模塊組成。在仿真模塊中，月球軟著陸軌道被分成若干個小段，利用分段處的各個節點的推力方向角及對應的時刻擬合出軌道的推力方向角變化曲線，進而由軟著陸動力學模型仿真得到整條軟著陸軌道。其中各個節點的最佳推力方向角及最佳軟著陸終端時刻由優化模塊尋優得到。優化模塊采用改進的智能算法，改進的智能優化方法控制了子群的大小，并且添加了擾動因子，增加了搜索的多樣性，具有很強的搜索能力，能夠尋優得到一條使燃料消耗最少的月球軟著陸軌道。軟著陸最優指令信號傳遞給執行模塊，最終實現使燃料消耗最少的月球軟著陸最優控制。

技術領域

本發明涉及航空航天領域，具體地，涉及一種智能的月球軟著陸軌道控制器。

背景技術

我國的探月工程已于2004年啟動，根據開展月球探測工程的基本原則，月球探測工程將分為“繞”、“落”、“回”三個階段實施。在“落”和“回”這兩個階段里，在月球表面實施軟著陸是一項關鍵技術，也是進行月球勘探的重要前提。由于月球表面沒有大氣，著陸器的速度必須完全由制動發動機抵消，才能安全實現軟著陸，這一過程需要消耗大量燃料。所以有必要對這一過程進行優化設計。

求解月球軟著陸軌道問題的方法，可分間接法和直接法兩類。間接法比較少，主要有由 Pontryagin極大值原理得出最優著陸軌道。直接法比較多，有將常推力月球軟著陸軌道離散化，利用離散點處狀態連續作為約束條件，把常推力月球軟著陸軌道優化問題歸結為一個非線性規劃問題；有使用偽光譜方法將軟著陸軌道優化問題轉為一個約束參數優化問題等。無論使用何種方法，月球軟著陸軌道控制問題最后都將轉化為一個優化問題，而優化方法的選擇對最終的結果影響十分大。目前的優化方法并不能保證一定能夠得到最優解，因此月球軟著陸軌道控制問題還有很大的探索空間。

發明內容

為了減少月球軟著陸時消耗的燃料，本發明的目的在于提供一種智能的月球軟著陸軌道控制器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種智能的月球軟著陸軌道控制器，該軌道控制器由優化模塊、仿真模塊、執行模塊組成；其中：

仿真模塊把月球軟著陸軌道分割成n個小段，并將n的值輸入優化模塊；每個節點的時刻由式(1)得到：

其中，t_k為第k+1個節點的時刻，k＝0,1,...,n，t₀為初始時間，記t₀＝0；

優化模塊把包括初始節點和終節點在內的n+1個節點的推力方向角ψ與軟著陸終端時刻 t_f作為待優化的參數；初始化種群規模為N_s的粒子群，隨機生成維度為n+2的粒子i的初始位置x_i＝(x_i1,x_i2,...,x_i(n+2))和初始速度v_i＝(v_i1,v_i2,...,v_i(n+2))，i＝1,2,...,N_s，并將粒子的位置信息傳入仿真模塊；定義維度變量d，d＝1,2,...,n+2；當d＝1,2,...,n+1時，x_id代表第d個節點的推力方向角，當d＝n+2時，x_id代表軟著陸終端時刻， x_id∈[500,700]，v_id∈[-200,200]；種群規模N_s＝300～600；然后按以下方法進行迭代，初始時迭代計數T＝0：

(1)仿真模塊中，月球軟著陸過程中推力方向角表示成多項式(2)：

ψ(t)＝λ₀+λ₁t+λ₂t²+λ₃t³ (2)