[发明专利]一种基于正交配置优化的月球着陆器轨迹控制器

说明书

本发明公开了一种基于正交配置优化的月球着陆器轨迹控制器，该控制器由月球着陆器高度测量传感器、月球着陆器速度测量传感器、月球着陆器微控制单元(MCU)与反推进发动机控制器构成。月球着陆器MCU根据设定高度和速度参数自动执行内部正交配置优化算法，得到既能使月球着陆器到达指定着陆条件同时又能使着陆器反推进发动机消耗燃料最少的轨迹优化控制策略，月球着陆器MCU将获得的控制策略转换为反推进发动机的控制指令发送给控制器。本发明能够根据月球着陆器的着陆高度和速度状态快速地获取轨迹优化控制策略，保证月球着陆器达指定着陆条件同时使着陆器反推进发动机燃料消耗最少。

技术领域

本发明涉及月球着陆器下降段控制领域，主要是一种基于正交配置优化的月球着陆器轨迹控制器。在月球着陆器到达着陆下降过程下降段后，能够给出月球着陆器轨迹优化控制指令，使月球着陆器到达指定着陆条件的同时月球着陆器反推进发动机消耗的燃料也最少，以保证月球勘探任务下一步的顺利执行。

背景技术

美国、欧空局、俄罗斯、日本、印度先后宣布了新的月球探测计划，掀起了继“阿波罗”计划后新一轮探月热潮，与初期的月球探测相比，技术要求也就更高。

我国于2004年启动了“探月工程”，根据开展月球探测工程的基本原则，月球探测工程将分为“绕”、“落”、“回”三个阶段实施。在目前实施的阶段中，月球着陆器的软着陆是一项关键技术，也是进行月球勘探的重要前提。然而，由于月球表面没有大气，月球着陆器的减速必须完全由反推进发动机实现，这一过程需要消耗大量燃料，研究表明在动力下降过程中月球着陆器将消耗探月球测器总燃料的80％左右，为了使探测器安全到达月球表面，就需要对下降过程中的着陆器轨迹进行优化控制。

因此，在满足安全着陆条件的同时考虑燃耗最少情况下，如何设计一种先进的轨迹优化控制方案在保证月球着陆器到达指定着陆条件同时使着陆器反推进发动机燃料消耗也最少显得尤为重要。

发明内容

在月球着陆器到达着陆下降过程下降段后，为了得到使月球着陆器到达指定着陆条件同时着陆器反推进发动机消耗燃料也最少的月球着陆器轨迹优化控制方案，本发明提供一种基于正交配置优化的月球着陆器轨迹控制器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于正交配置优化的月球着陆器轨迹控制器控制器，到达着陆下降过程下降段后，根据月球着陆器的着陆高度和速度状态快速获取轨迹优化控制策略，保证月球着陆器到达指定着陆条件的同时反推进发动机燃料消耗也最少。由月球着陆器高度测量传感器、月球着陆器速度测量传感器、月球着陆器微控制单元(MCU)与反推进发动机控制器构成，各组成部分均由月球着陆器内数据总线连接。所述控制器的运行过程包括：

步骤1)：在月球着陆器MCU中输入对应于该月球着陆器的反推进发动机参数；

步骤2)：到达着陆下降过程下降段后，月球着陆器高度测量传感器、速度测量传感器测和MCU开启，测量当前月球着陆器的着陆高度和下降速度；

步骤3)：月球着陆器MCU根据设定着陆高度和速度参数自动执行内部正交配置算法，得到既能使月球着陆器到达指定着陆条件同时反推进发动机燃料消耗也最少的轨迹优化控制策略；

步骤4)：月球着陆器MCU将获得的轨迹优化控制策略转换为反推进发动机的控制指令发送给反推进发动机控制器。

所述的月球着陆器MCU部分，包括信息采集模块21、初始化模块22、常微分方程组(Ordinary Differential Equations，简称ODE)正交配置模块23、非线性规划(Non-linearProgramming，简称NLP)问题求解模块24、控制指令输出模块25。其中，信息采集模块包括测量当前月球着陆器着陆高度采集、月球着陆器下降速度采集、月球着陆器到达高度设定采集、月球着陆器到达速度采集、月球着陆器反推进发动机性能参数采集五个子模块；NLP求解模块包括寻优方向求解、寻优步长求解、寻优修正、NLP收敛性判断四个子模块。