復(fù)雜約束下月面軟著陸的軌跡優(yōu)化研究.pdf

1、月球探測(cè)計(jì)劃開(kāi)辟了人類(lèi)探索外太空的新時(shí)代，對(duì)科技、經(jīng)濟(jì)、政治和軍事的發(fā)展有著重要意義。其中，從軌道下降的月面軟著陸是各國(guó)探月計(jì)劃中最為重要的環(huán)節(jié)之一，而垂直起飛垂直軟著陸也是未來(lái)月面活動(dòng)中最有發(fā)展前景的機(jī)動(dòng)方式，故本文研究這兩種情況下的月面軟著陸軌跡優(yōu)化問(wèn)題。月面軟著陸軌跡優(yōu)化本質(zhì)上是一個(gè)最優(yōu)控制問(wèn)題，其具有多種復(fù)雜約束，如著陸速度、位置和姿態(tài)、姿態(tài)角速率、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、多階段連接、復(fù)雜地形地貌、動(dòng)力學(xué)微分方程等，本文基于高斯偽譜法對(duì)優(yōu)化

2、問(wèn)題進(jìn)行求解。高斯偽譜法將連續(xù)最優(yōu)控制問(wèn)題離散化為非線性規(guī)劃問(wèn)題，具有較少的參數(shù)、較高的精度、較快的計(jì)算效率、較好的穩(wěn)定性等特點(diǎn)。但離散化后的非線性規(guī)劃問(wèn)題具有非凸、大規(guī)模、非線性強(qiáng)、求解容易出現(xiàn)病態(tài)情況等特點(diǎn)，命題求解過(guò)程中，仍然存在求解可行性和可靠性、求解精度、求解效率等不足。本文聚焦于以上問(wèn)題，主要內(nèi)容和成果如下:
　　(1)全面介紹月球探測(cè)和月面軟著陸問(wèn)題的背景和研究意義，除介紹典型的阿波羅軟著陸外，還探討了垂直起飛垂直軟

3、著陸機(jī)動(dòng)方式的過(guò)程和優(yōu)勢(shì)，并建立探月器月面軟著陸軌跡優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)機(jī)理模型。
　　(2)對(duì)于約束條件互斥的復(fù)雜推力約束問(wèn)題，提出基于R函數(shù)和一元高次不等式兩種描述方法，將不連續(xù)推力約束轉(zhuǎn)化為非線性代數(shù)不等式約束，更簡(jiǎn)潔方便地將互斥約束問(wèn)題統(tǒng)一在同一優(yōu)化問(wèn)題中描述。對(duì)于復(fù)雜推力約束下軟著陸主制動(dòng)段的求解，提出約束漸強(qiáng)和高斯配點(diǎn)精細(xì)化這兩種初始化策略，增強(qiáng)優(yōu)化命題求解收斂性，提高計(jì)算機(jī)優(yōu)化求解效率。
　　(3)對(duì)于月面復(fù)雜地形約