[發明專利]一種垂直起降火箭在線軌跡規劃的運動學約束轉換方法

有效

• 申請號: 201811479210.8
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109669470B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 王聰;宋征宇;郭少波;駱無意;施健鋒;鞏慶海;張雋;李文婷
• 申請（專利權）人: 北京航天自動控制研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐輝

1.一種垂直起降火箭在線軌跡規劃的運動學約束轉換方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)由運載器姿態控制要求，獲取運載器姿態控制約束，獲取運載器姿態控制約束為：

ψ_min≤ψ≤ψ_max

ω_ψmin≤ω_ψ≤ω_ψmax

其中下標min和max分別表示對應變量的最小值和最大值，和ψ分別表示俯仰角和偏航角，和ω_ψ表示俯仰角速度和偏航角速度；

(2)將姿態角約束轉換為程序角約束，程序角約束為：

ψ_min≤ψ_c≤ψ_max

ω_ψmin≤ω_ψc≤ω_ψmax

其中和ψ_c分別表示俯仰程序角和偏航程序角指令，和ω_ψc分別表示俯仰程序角速度和偏航程序角速度；

(3)將程序角約束轉換為推力加速度約束，推力加速度約束為：

其中a_x表示水平面內的橫向推力加速度，a_z表示水平面內的側向推力加速度，a_y表示豎直方向的推力加速度；

(4)對推力加速度幅值約束進行離散化處理，獲得離散化的加速度幅值約束，離散化的加速度幅值約束為：

其中k表示每個離散點，N為離散點總數，a_x(k)表示a_x的離散化形式，a_y(k)表示a_y的離散化形式，a_z(k)表示a_z的離散化形式；

(5)對推力加速度變化率約束進行離散化處理，獲得離散化的加速度變化率約束，離散化的加速度變化率約束為：

其中t_k表示對應離散點的時刻。

2.一種垂直起降火箭在線軌跡規劃的制導指令生成方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)由運載器姿態控制要求，獲取運載器姿態控制約束，獲取運載器姿態控制約束為：

ψ_min≤ψ≤ψ_max

ω_ψmin≤ω_ψ≤ω_ψmax

其中下標min和max分別表示對應變量的最小值和最大值，和ψ分別表示俯仰角和偏航角，和ω_ψ表示俯仰角速度和偏航角速度；

(2)將姿態角約束轉換為程序角約束，程序角約束為：

ψ_min≤ψ_c≤ψ_max

ω_ψmin≤ω_ψc≤ω_ψmax

其中和ψ_c分別表示俯仰程序角和偏航程序角指令，和ω_ψc分別表示俯仰程序角速度和偏航程序角速度；

(3)將程序角約束轉換為推力加速度約束，推力加速度約束為：

其中a_x表示水平面內的橫向推力加速度，a_z表示水平面內的側向推力加速度，a_y表示豎直方向的推力加速度；

(4)對推力加速度幅值約束進行離散化處理，獲得離散化的加速度幅值約束，離散化的加速度幅值約束為：

其中k表示每個離散點，N為離散點總數，a_x(k)表示a_x的離散化形式，a_y(k)表示a_y的離散化形式，a_z(k)表示a_z的離散化形式；

(5)對推力加速度變化率約束進行離散化處理，獲得離散化的加速度變化率約束，離散化的加速度變化率約束為：

其中t_k表示對應離散點的時刻；

(6)在在線軌跡規劃算法中加入離散化的加速度幅值和加速度變化率約束，生成滿足姿態控制約束的制導指令，生成滿足姿態控制約束的制導指令的方法為：利用在線軌跡規劃算法輸出滿足離散化的加速度幅值和加速度變化率約束的三個方向上加速度指令序列{(ax(k),ay(k),az(k))|k＝1,…,N}，再根據飛行時間進行線性插值，求得每個制導周期對應的加速度指令，將其傳換成對應的俯仰程序角和偏航程序角輸入姿態控制系統，實現對運載器的控制。