資源描述：
《登月飛行器軟著陸軌道的遺傳算法優(yōu)化》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、ISSN100020054清華大學學報(自然科學版)2003年第43卷第8期14?36105621059CN1122223?NJTsinghuaUniv(Sci&Tech),2003,Vol.43,No.8登月飛行器軟著陸軌道的遺傳算法優(yōu)化1,2,李俊峰1,崔乃剛2,暾2王劉(1.清華大學工程力學系,北京100084;2.哈爾濱工業(yè)大學航天工程與力學系,哈爾濱150001)摘要:為了完成對月球土壤的取樣等科學任務,必須確保某些有效載荷安全降落在月球表面。該文完成了將遺傳算法應用于推力幅值恒定的登月飛行器軟著陸軌道
2、的優(yōu)化研究。通過將求解最優(yōu)控制的參數(shù)化方法和浮點數(shù)編碼的遺傳算法(FGA)優(yōu)化方法結合,并應用于歸一化的二體模型,得到了燃料最優(yōu)的軟著陸軌道。仿真結果表明,利用遺傳算法進行登月飛行器軟著陸軌道優(yōu)化研究無初值敏感問題,并可搜索到全局最優(yōu)的軌道。關鍵詞:航天器的軌道;軌道控制;二體問題;月球探測器;登月軌道;軟著陸;遺傳算法一方案:將飛行器射入一個大約100km高度的環(huán)月停泊圓軌道;在滿足一定條件后,向飛行器施加一反向制動脈沖,使飛行器脫離停泊軌道形成一服從Kepler定律運動的下降橢圓軌道;當下降到大約15km左右
3、高度的近月點時,發(fā)動機再次持續(xù)工作,主要衰減飛行器的切向速度,同時克服由月球引力引起的徑向速度;在接近月面的最終階段,飛行器的控制策略轉為以降低最終著陸撞擊、確保人?載荷的安全為目的,直至最終軟著陸完成。文1,2均完成了第二種方案中從15km左右高度軌道下降到接近月面的飛行器軌道控制方法的研究。其中,文1采用間接打靶法,文2采用參數(shù)化打靶和序列二次規(guī)劃的復合算法。由于均采用了傳統(tǒng)的尋優(yōu)算法,優(yōu)化的最終結果很大程度上取決于某些優(yōu)化參量的猜測初始值的選取。由于利用遺傳算法3,4進行優(yōu)化不需要選取初值,因此也就不存在初
4、值敏感的問題,同時由于其良好的全局優(yōu)化性能,遺傳算法也開始逐步地應用于軌道優(yōu)化研究5。本文采用浮點數(shù)編碼6的遺傳算法進行月球軟著陸軌道的研究。中圖分類號:V412.4+1文章編號:100020054(2003)0821056204文獻標識碼:AGeneticalgorithmoptimizationoflunarprobesoft-landingtrajectoriesWANGJie1,LIJunfeng1,CUINaigang2,LIUDun2(1.DepartmentofEngineeringMechanic
5、s,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;2.DepartmentofAerospaceEngineeringandMechanics,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Forlunarexplorationmissionssuchassoilsampling,payloadinstrumentationmustsafelydescendtothelunarsurface.Ageneticalgo
6、rithm(GA)optimizationmethodwasusedtostudyconstant2thrustamplitudelunarprobesoft2landingtrajectories.Theparameterizationtechniquewascombinedwiththefloatencodinggeneticalgorithm(FGA)optimizationmethodtoanalyzeatwo2bodymodeltoobtainminimum2fuelsoft2landingtrajec
7、tories.Thesimulationresultsshowthatapplicationofthegeneticalgorithmfororbitalcontrolhasnoinitialvalueproblemandthatthealgorithmconvergestothegloballyoptimalsolution.系統(tǒng)模型由于月球表面附近沒有大氣,所以在飛行器的動力學模型中沒有大氣阻力項。而且從15km左右的軌道高度軟著陸到非常接近月球表面的時間比較短,一般在幾百秒的范圍內,所以諸如月球引力非球項、
8、日月引力攝動等影響因素均可忽略不計。使用較1Keywords:spacecraftorbit;orbitalcontrol;problemoftwobodies;lunarprobe;lunartrajectories;softlanding;geneticalgorithm(GA)收稿日期:2002210216基金項目:中國博士后科學基金資助項目(中博基(2002)17
