[发明专利]一种多约束下着陆器转移能力确定方法

摘要

本发明公开的一种多约束下着陆器转移能力确定方法，涉及一种下降段转移能力确定方法，属于深空探测技术领域。本发明的方法根据着陆器的初始状态计算着陆时间上限和着陆时间下限，并根据着陆器反冲发动机的推力范围建立推力约束处理方式，通过循环搜索的方式确定着陆器满足燃料约束、推力约束、边界条件约束以及路径约束时的转移能力，获得在四个约束下的转移能力对制导控制领域工程任务具有指导意义，例如可通过着陆器的转移能力判断着陆器能否从动力下降段初始位置安全着陆到预定的目标点；在设计着陆器时根据对转移能力的需求确定着陆器所携带的燃料；在设计着陆器时根据对转移能力的需求确定着陆器上的反推发动机的推力范围。

主权项

一种多约束下着陆器转移能力确定方法，其特征在于：具体实现方法包括如下步骤，步骤1：根据着陆器的初始状态计算着陆时间上限；当着陆器的初始高度和竖直速度确定后，为满足路径约束，着陆时间tf需满足如下要求tf<-3z0vz0---(1)]]>式中，z0为着陆器的初始高度，为着陆器竖直方向的初始速度；记着陆时间tf的上限为ULT；当着陆器的推力不受限制时，只要着陆时间满足式(1)，就能够保证着陆轨迹始终位于火星表面以上，满足路径约束；实际任务中，着陆器的推力在一定范围内，实际推力可能无法满足控制加速度的需求，因此着陆时间首先要满足式(1)，在此基础上，还需要通过着陆模拟仿真检验着陆过程是否满足路径约束，即根据着陆器的初始状态，采用二阶多项式制导律，计算出着陆轨迹，检验轨迹是否满足边界条件约束和路径约束；步骤2：根据着陆器的初始状态，通过着陆模拟仿真确定着陆时间下限；根据工程经验，火星着陆动力下降段的着陆时间一般大于10s；在10s与着陆时间上限ULT之间，以1s为时间间隔，针对每个着陆时间tf和一组初始高度、速度及水平转移距离，进行一次着陆模拟仿真，并记录着陆过程所需的燃耗，确定燃耗最省的着陆过程对应的着陆时间，该着陆时间即为计算转移能力时的着陆时间下限，记为FOT；在确定转移能力的过程中，直接从着陆时间下限FOT开始设置着陆时间，而不必从10s开始设置；步骤3：根据着陆器反推发动机的推力大小确定推力约束的表达式；着陆发动机产生的推力最大值为Tmax，当通过制导律求得的控制力超过发动机最大推力时，着陆器产生的推力为Tmax；实际产生的推力矢量可用式(2)表示T0=TcTmax||Tc||,if||Tc||>TmaxTc,if||Tc||<Tmax---(2)]]>式中，To为发动机实际输出的推力矢量，Tc为通过制导律计算的着陆所需的推力矢量，||Tc||表示推力矢量的模，即推力大小；步骤4：通过循环搜索的方式确定着陆器满足燃料约束、推力约束、边界条件约束以及路径约束时的转移能力。