垂直起降可重复使用火箭返回着陆过程实时轨迹优化

批准号:
61773341
项目类别:
面上项目
资助金额:
67.0 万元
负责人:
邵之江
依托单位:
学科分类:
F0302.控制系统与应用
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
吕新广、巩庆海、王可心、马林、朱强、褚慧萍、李柏、施健峰、王聪
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中文摘要
可重复使用运载火箭的研发和商业化将极大推动航天工业的快速、可持续发展。目前垂直起降(Vertical Takeoff and Vertical Landing, VTVL)已成为火箭回收最具前景的方式之一。火箭返回着陆过程存在气动力和推力复合控制耦合严重、飞行环境大幅快变、模型参数不确定度大、着陆条件苛刻等制导控制难题。为保证返回过程的安全、平稳、经济飞行,并确保高精度着陆,本项目基于返回着陆过程的多阶段、动态非线性特性,综合考虑火箭返回着陆过程的飞行角速率、攻角、侧滑角、过载、燃料、发动机摆角、发动机点火条件等过程约束,以及着陆点速度、位置、姿态等终端约束,研究垂直起降可重复使用火箭返回着陆过程的机理模型构建与优化命题构造、多阶段复杂约束下的非线性系统动态优化、滚动时域轨迹优化等科学问题。将形成整体表达、联立求解、实时计算为特征的优化模型和算法,并依托某型运载火箭对象模型进行仿真验证。
英文摘要
Reusable launch vehicle is crucial for sustainable development of the aerospace industry. Recovery of the rocket is a significant prerequisite for its reuse. Recently VTVL (Vertical Takeoff and Vertical Landing) has become the most promising recovery technique. However, the return and landing process of VTVL rocket presents challenges to guidance and control, including severe coupling between aerodynamic force and thrust, rapidly changing flight environment, considerable model uncertainty, harsh landing conditions, etc. This research focuses on real-time trajectory optimization for descent and landing of VTVL reusable rockets to realize safe, stable and economic flight along with high-precision landing. The process of interest is characterized by multiple stages and nonlinearities, with constraints on flight angular rate, angle of attack, sideslip angle, overload, fuel, engine tilt angle, ignition conditions, as well as on the terminal velocity, position and attitude. Based on the above knowledge, topics to be investigated include mechanism modeling and optimization-oriented formulation for returning and landing of VTVL reusable rockets, multi-stage nonlinear dynamic optimization with complex constraints, and moving-horizon online trajectory optimization. The models and algorithms will be developed with expected features of comprehensive description, simultaneous solution and real-time computing capability. This work will be verified on a certain type of launch vehicle in China.
本项目着重对可重复使用运载火箭技术研发中存在的气动力和推力复合控制耦合严重、飞行环境大幅变化、模型参数不确定度大、着陆条件苛刻等问题展开深入研究。基于返回着陆过程的多阶段、动态非线性特性,综合考虑火箭返回着陆过程的飞行角速率、攻角、侧滑角、过载、燃料、发动机摆角、发动机点火条件等过程约束,以及着陆点速度、位置、姿态等终端约束,构建了可重复使用火箭返回着陆过程的机理模型与优化命题。进一步,通过滚动时域优化、序列凸优化、在线实时优化计算等技术,针对重复使用运载火箭在不同场景下的优化命题进行了快速优化计算,同时保障了求解优化命题的收敛性与精确性。大量的仿真实验结果验证了提出算法的可行性、鲁棒性与高效性。
期刊论文列表
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专利列表
Synchronization Control of Nonlinear Chaotic Systems with Deep Reinforcement Learning Algorithm
深度强化学习算法非线性混沌系统的同步控制
DOI:10.1007/978-981-15-8155-7_141
发表时间:2021-10
期刊:Advances in Guidance, Navigation and Control
影响因子:--
作者:Chenhui Jia;Qinghai Gong;Xu Huang
通讯作者:Xu Huang
Receding Horizon Optimization Method for Solving theCops and RobbersProblems in a Complex Environment with Obstacles Categories (2), (5)
解决复杂环境下障碍类别警匪问题的后退视域优化方法(2)、(5)
DOI:10.1007/s10846-020-01188-y
发表时间:2020
期刊:Journal of Intelligent & Robotic Systems
影响因子:3.3
作者:Zhu Qiang;Wang Kexin;Shao Zhijiang;Biegler Lorenz T.
通讯作者:Biegler Lorenz T.
Trajectory optimization for lunar rover performing vertical takeoff vertical landing maneuvers in the presence of terrain
月球车在地形存在的情况下执行垂直起飞垂直着陆机动的轨迹优化
DOI:10.1016/j.actaastro.2018.03.013
发表时间:2018-05-01
期刊:ACTA ASTRONAUTICA
影响因子:3.5
作者:Ma, Lin;Wang, Kexin;Biegler, Lorenz T.
通讯作者:Biegler, Lorenz T.
DOI:--
发表时间:2018
期刊:控制理论与应用
影响因子:--
作者:朱强;邵之江;宋征宇
通讯作者:宋征宇
Powered soft landing guidance method for launchers with non-cluster configured engines
非集束配置发动机发射装置的动力软着陆制导方法
DOI:10.1016/j.actaastro.2021.09.003
发表时间:2021-09-13
期刊:ACTA ASTRONAUTICA
影响因子:3.5
作者:Song, Zhengyu;Wang, Cong
通讯作者:Wang, Cong
多模块高温气冷堆核电站高效运行的实时优化理论与方法
- 批准号:62120106003
- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
- 资助金额:251万元
- 批准年份:2021
- 负责人:邵之江
- 依托单位:
可重复使用整流罩回收全过程动态优化
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:57万元
- 批准年份:2021
- 负责人:邵之江
- 依托单位:
面向空分设备变负荷操作优化的参数估计理论与方法
- 批准号:61374167
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:邵之江
- 依托单位:
基于自动微分算法的化工过程系统优化
- 批准号:20276062
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2002
- 负责人:邵之江
- 依托单位:
化工过程系统优化的分布式并行计算研究
- 批准号:29906010
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:13.0万元
- 批准年份:1999
- 负责人:邵之江
- 依托单位:
国内基金
海外基金
