[發明專利]用于控制火箭的著陸過程的方法

有效

• 申請號: 202011231449.0
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112278334B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 徐國曦;龔曉然
• 申請（專利權）人: 北京登火匯智科技有限公司
• 主分類號: B64G1/62
• 分類號: B64G1/62
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 葛勝非

本發明涉及用于控制火箭的著陸過程的方法，該方法包括：使得火箭在近地面空間內在不同的環境狀態下通過手動控制的方式平穩著陸并記錄著陸過程中產生的第一類飛行數據；建立并利用所收集的第一類飛行數據訓練第一人工神經網絡，第一人工神經網絡被訓練成能計算出火箭在到達各位置點處時在遭遇不同的環境狀態情況下的實時控制策略，第一人工神經網絡的輸入參數包括火箭在當前時刻的位置r_n和當前風速w_n，輸出參數包括用于操控火箭的動力系統的實時控制參數值u_n；和依據經訓練的第一人工神經網絡所輸出的實時控制參數值u_n操控火箭的著陸。通過本發明實現了：能在考慮火箭所受到各種形式的外力的基礎上精確且實時地控制火箭著陸。

技術領域

本發明涉及火箭領域。特別地，本發明涉及一種用于控制火箭的著陸過程的方法。

背景技術

可回收火箭是一種可以實現重復利用的航天發射運載器。現有的可回收火箭的技術難點在于著陸階段的控制，因其不僅需要按照預定的落點精準軟著陸，而且還要求著陸時速度趨近于0。在現有技術中，為了使探月航天器實現軟著陸，一般使用重力轉彎制導等控制方式。現有的可回收火箭在近地面處，一般使用基于PID或凸優化的算法進行控制。但著陸段往往面臨著復雜的空氣動力和火箭與地面之間的作用力等相互作用，這些相互作用難以用簡單的物理公式計算出。

現有的制導算法具有較為嚴格的理論和物理依據，但物理模型中包含大量假設，存在不精確性。基于PID的控制方法在實踐中有著長期應用，但參數的調節需要大量工程經驗，難以實現對極端環境和突變環境的自適應。基于數值方法的控制又難以做到實時和魯棒。因此，現有建模方法和控制技術在火箭在著陸段的控制存在一定缺陷，難以滿足精確性和實時性的要求。

進一步而言，在近地面處，火箭所受到的垂直方向的作用力為F＝mg+F_residual，其中mg代表火箭自身的重力，F_residual代表除重力以外的其它形式的作用力的合力，例如空氣阻力、風力，甚至包括與特定障礙物的相互作用力。但是這些其它形式的作用力不僅難以測量，而且由于具有很大的隨機性而難以通過現有的計算方法來預估。

因此，期待提供一種能在考慮火箭所受到的其它形式的作用力的基礎上精確且實時地控制火箭的著陸過程的技術方案。

發明內容

本發明的目的通過一種用于控制火箭的著陸過程的方法來實現，所述方法至少包括以下步驟：

i)使得火箭在近地面空間內在不同的環境狀態下通過手動控制的方式平穩著陸并記錄著陸過程中產生的第一類飛行數據；

ii)建立并利用所收集的第一類飛行數據訓練第一人工神經網絡，第一人工神經網絡被訓練成能計算出火箭在著陸過程中在到達各位置點處時在遭遇不同的環境狀態情況下的實時控制策略，第一人工神經網絡的輸入參數包括火箭在當前時刻的位置r_n和當前風速w_n，輸出參數包括用于操控火箭的動力系統的實時控制參數值u_n；和

iii)在火箭啟動自動著陸過程后，經訓練的第一人工神經網絡依據火箭的實時位置和實時風速確定出實時控制參數值u_n，并且依據確定出的實時控制參數值u_n操控火箭的動力系統，直至火箭完成著陸

在此需要說明的是，在本文的上下文中，除非有相反地描述，否則術語“火箭”可以廣義地理解成包括真實的火箭、模型火箭、玩具火箭、仿真火箭、虛擬火箭等各種可能形式的火箭。

根據本發明的一可選實施例，所述方法還包括：建立并利用所收集的第一類飛行數據訓練第二人工神經網絡，第二人工神經網絡被訓練成能基于火箭在當前時刻的位置r_n和當前風速w_n計算出火箭在當前時刻的理想速度v_n^*和理想加速度a_n^*。