基于多任务多目标的空天飞行器轨迹设计及优化研究

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空天飞行器结合了航空航天技术，具有飞行速度快、重复使用率高和功能齐全的优点，使其不仅具有多种民用用途而且还具有较高的军事价值，它的推出势必会引起新一轮的军事革命。基于此，本文重点研究了空天飞行器的轨迹设计与优化问题。
　　空天飞行器轨迹优化问题本质上是一类最优控制问题，针对该问题，本文提出模型变换和最优化计算的分步求解思路，分别讨论每一步中不同方法的优缺点，并给出求解步骤。
　　建立了空天飞行器的三自由度运动模型，并精确分析影响最优轨迹精度的环境模型、大气密度模型、声速模型和地球引力模型等。
　　研究了空基投放型空天飞行器的规避飞行轨迹优化问题，根据任务把飞行过程分为上升段和巡航段，提出了分段建模，分段优化的思想。针对传统的间接法最优性条件推导繁琐，最优轨迹对初值比较敏感的缺陷，首先利用直接配置法将无限维的动态优化问题转换成有限维的静态优化问题，即非线性规划问题，然后考虑到非线性规划问题约束条件复杂，可行域较窄，提出了逐步细分的优化策略，并利用序列二次规划算法对其求解，最后进行了仿真验证和误差分析。
　　研究了空天飞行器的滑翔轨迹优化问题，提出了基于Legendre伪谱法的模型变换方法，设计了遗传算法和序列二次规划相结合的串行组合优化策略，通过计算轨迹安全走廊得到了初始参考轨迹，加快了收敛速度，最后基于最远航程性能指标的仿真实例说明了Legendre伪谱法同样可以很好地处理轨迹优化问题，设计的串行组合优化策略计算效率高，切实有效。

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作者
张侃;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科导航、制导与控制
授予学位硕士
导师姓名刘燕斌;
年度 2010
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类航天器、航天飞机的计算机仿真;
关键词
空天飞行器; 轨迹优化; 直接配置法; Legendre伪谱法; 序列二次规划算法; 非线性规划; 遗传算法;

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