基于自动微分与伪谱法的小推力借力轨道设计
张勃, 泮斌峰, 唐硕
(西北工业大学 航天学院, 710072 西安)
摘要:
针对小推力借力轨道设计问题,给出一种基于自动微分与伪谱法的优化方法. 借力模型采用B平面模型,提高了轨迹优化设计的鲁棒性. 用高斯伪谱法对整个小推力借力轨道进行离散,将发射时间的搜索包含在同一计算框架内,避免了传统混合方法中随机搜索算法收敛慢、精度低的缺点. 将得到的大规模非线性规划(NLP)问题采用序列二次规划(SQP)法进行求解,为实现NLP问题的快速收敛,提出了串联优化以及弹性约束策略. SQP需要的导数信息通过自动微分获得,保证了计算的高精度和快速收敛. 对地球-金星-火星小推力借力轨道进行了优化设计,验证了本文方法的正确性和有效性.
关键词: 小推力 借力飞行 轨道优化 自动微分 伪谱法
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2015.01.014
分类号:V41
基金项目:国家自然科学基金(11202163).
Low-thrust, gravity-assist trajectory optimization via pseudospectral method and automatic differentiation
ZHANG Bo, PAN Binfeng, TANG Shuo
(School of Astronautics, Northwestern Polytechnical University, 710072 Xi’an, China)
Abstract:
An approach for low-thrust and gravity-assist trajectory optimization is presented in this paper based on automatic differentiation and pseudospectral method. The B-plane model is used to increase robustness of the trajectory optimization problem. A Gauss pseudospectral method is applied to the parameterization of the entire trajectory, which includes the search of launch date in the same calculation framework to avoid the slow convergence rate and poor precision caused by stochastic search algorithms. A sequential quadratic programming (SQP) method is adopted as the solver of the resulting large scale nonlinear programming (NLP) problem. Strategies of serial optimization and elastic constraints are proposed in order that the NLP problem converges rapidly. The derivatives required by the SQP method are obtained by automatic differentiation to ensure high accuracy and a rapid convergence rate. Taking the optimization of Earth-Venus-Mars low-thrust gravity-assist trajectory as an example, the results verify the correctness and validity of the proposed method.
Key words: low-thrust gravity-assist trajectory optimization automatic differentiation pseudospectral method
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
基于自动微分与伪谱法的小推力借力轨道设计
本站小编 哈尔滨工业大学/2019-10-24
相关话题/优化 设计 规划 计算 地球
工业纯钛金属织构标准极图的计算及分析
工业纯钛金属织构标准极图的计算及分析陈亮维,刘状,虞澜,胡劲,易健宏(昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明650093)摘要:工业纯钛中的金属织构会引起各向异性,获得织构信息及分析其演变规律对钛材加工与应用非常重要.本文利用单晶钛的晶体结构数据、乌氏网、极图与织构的定义,建立了纯钛的织构与特定晶面极 ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05316H堆焊UNS N10003合金参数优化、组织和硬度的研究
316H堆焊UNSN10003合金参数优化、组织和硬度的研究杨飞1,2,黎超文2,李志军2,蒋力2,叶祥熙2,刘芳1(1.上海理工大学材料科学与工程学院,上海200093;2.中国科学院上海应用物理研究所,上海201800)摘要:研究异种合金焊接可以降低熔盐堆结构材料的成本并确保其安全性,本文采用钨 ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05响应面分析法优化不锈钢激光切割工艺参数
响应面分析法优化不锈钢激光切割工艺参数李永亮1,2,3,王敬1,3,梁强1,3(1.重庆工商大学机械工程学院,重庆400069;2.重庆工商大学工程训练中心,重庆400069;3.制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室(重庆工商大学),重庆400069)摘要:为了获得良好的不锈钢激光切割质量,确定合 ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05油气田污水储罐腐蚀性能模拟设计及试验研究
油气田污水储罐腐蚀性能模拟设计及试验研究周勇1,周攀虎1,董会1,赵密锋2,孙良1,刘彦明1(1.西安石油大学材料科学与工程学院,西安710065,2.塔里木油田分公司,新疆库尔勒841000)摘要:为研究油气田污水对储罐腐蚀行为的影响,对储罐中污水进行腐蚀性能预测。模拟研究了温度、流速、压力以及p ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05汽车六角球头冷锻工艺优化与数值仿真
汽车六角球头冷锻工艺优化与数值仿真陈凌翔,李月超(新乡职业技术学院汽车工程系,河南新乡453000)摘要:冷锻成形工艺是一种少无切削的净近成形工艺,以其精度高、生产效率高、低耗节能等优点,大量使用在汽车零配件的生产。六角球头销是汽车转向系统中的关键零件,其六角成形的质量直接影响到产品的使用性能。本文 ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05合成生物学基因设计软件:iGEM设计综述
合成生物学基因设计软件:iGEM设计综述伍克煜1,刘峰江1,许浩1,张浩天1,王贝贝1,2(1.电子科技大学生命科学与技术学院,成都611731;2.电子科技大学信息生物学研究中心,成都611731)摘要:随着基因回路规模的扩大,和应用范围的拓展,传统的合成基因回路的设计思路面临着新的挑战。新合成基 ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05抗癌药物作用预测计算方法的研究现状与展望
抗癌药物作用预测计算方法的研究现状与展望顾兆伟1,张立忠2,刘晓峰3,谭先4(1.长春中医药大学附属第三临床医院脑病康复科,长春130000;2.长春市朝阳区清和社区卫生服务中心,长春130000;3.空军杭州特勤疗养中心康复理疗科,杭州310000;4.东北师范大学信息科学与技术学院,长春1300 ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05基于问题导向的生物信息学综合实验教学设计
基于问题导向的生物信息学综合实验教学设计霍颖异1,2,徐程2,吴敏1,2,陈铭2(1.浙江大学国家级生物实验教学示范中心,杭州310058;2.浙江大学生命科学学院,杭州310058)摘要:针对生物信息学相关课程的实验教学需求,结合前沿科研问题和成果,设计了基于问题导向的生物信息学综合实验。实验以宏 ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05MutPrimerDesign:用于人类基因编码区域突变位点的引物设计程序
MutPrimerDesign:用于人类基因编码区域突变位点的引物设计程序曹英豪,彭公信(中国医学科学院基础医学研究所&北京协和医学院基础医学院,北京100730)摘要:位于基因编码区的DNA突变与基因的功能密切相关。在已知人类基因编码区的突变位点时,如何在基因组上设计引物验证该突变是一个重要的问题 ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05双足爬壁机器人三维壁面环境全局路径规划
双足爬壁机器人三维壁面环境全局路径规划卢俊华1,朱海飞1,梁经伦2,管贻生1(1.广东工业大学机电工程学院,广州510006;2.东莞理工学院机械工程学院,广东东莞523808)摘要:为求解双足爬壁机器人在三维壁面环境中的全局路径,提出了一种结合壁面可过渡性分析、全局壁面序列搜索和壁面过渡落足点优化 ...哈尔滨工业大学科研学术 本站小编 哈尔滨工业大学 2020-12-05