基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪

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天文导航技术专题征稿函

基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪

吴超, 赵振华, 杨俊, 李世华, 郭雷

文章导航 > 深空探测学报(中英文） > 2014 > 1(2): 128-133

吴超, 赵振华, 杨俊, 李世华, 郭雷. 基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪[J]. 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(2): 128-133.

引用本文:

吴超, 赵振华, 杨俊, 李世华, 郭雷. 基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪[J]. 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(2): 128-133.

WU Chao, ZHAO Zhenhua, YANG Jun, LI Shihua, GUO Lei. Mars Entry Trajectory Tracking Using Constrained Predictive Control[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2014, 1(2): 128-133.

Citation:

WU Chao, ZHAO Zhenhua, YANG Jun, LI Shihua, GUO Lei. Mars Entry Trajectory Tracking Using Constrained Predictive Control[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2014, 1(2): 128-133.

基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪

1.
东南大学自动化学院,南京210096
2.
北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191

基金项目: 深空探测973项目(2012CB720003)

Mars Entry Trajectory Tracking Using Constrained Predictive Control

1.
School of Automation,Southeast University,Nanjing210096,China
2.
Schoolof Automation Scienceand Electrical Engineering,Beihang University,Beijing100191,China

摘要: 针对火星着陆任务大气进入段的轨迹跟踪控制问题,给出了一种基于约束预测控制的跟踪策略。综合考虑大气进入段动力学模型的非线性、状态初值的不确定性、控制量限幅约束以及参数摄动,设计了基于线性化阶跃响应预测模型、反馈校正和含约束滚动优化的约束预测控制器,并通过数学仿真对该方法进行了数值验证,结果表明:约束预测控制较PID对参考指令跟踪精度更高,开伞点误差圆半径远小于PID方法;能得到控制量限幅约束条件下平稳的控制曲线。
- 约束预测控制 /
- 火星着陆 /
- 轨迹跟踪 /
- 线性化预测模型
Abstract: Aiming at tracking the vehicle’s entry optimized trajectory for Mars Landing,a new method based on constrained predictive control is proposed.The vehicle’s nonlinear dynamics,the initial state uncertainties, saturation limit of the control input and the parameter perturbation are taken into consideration synthetically.A constrained predictive control (CPC) is developed which consists of a linearized step-response predictive model,feedback correction and constrained rolling optimization.The simulation results indicate that:constrained predictive control has a more accurate guidance command tracking performance compared with the PID method,therefore its radius error at the parachute deploying point is far smaller than that of the PID method;a smooth control curve canbe obtained under the saturation constraint of the control input.
- constrained predictive control /
- Mars landing /
- trajectory tracking /
- linearized predictive model

[1]	肖扬, 李帅, 王光泽, 邵巍, 姚文龙. 小天体导航陆标深度学习预测框匹配算法 . 深空探测学报(中英文）, 2022, 9(4): 400-406. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220025
[2]	李明翔, 泮斌峰. 行星着陆动力下降轨迹优化的中心差分凸化方法 . 深空探测学报(中英文）, 2021, 8(2): 171-181. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20200079
[3]	王越, 王彪, 王汛, 潘辰安, 姚佩雯, 李晨帆, 李勃. 火星探测任务着陆区选址和地质分析 . 深空探测学报(中英文）, 2020, 7(4): 371-383. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190708001
[4]	黄翔宇, 徐超, 胡荣海, 李茂登, 郭敏文, 胡锦昌. 火星精确定点着陆多信息融合自主导航与控制方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(4): 348-357. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.04.006
[5]	冀红霞, 宗红, 黄翔宇. 基于改进预测滤波的小天体精确着陆自主导航方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(3): 284-292. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.03.013
[6]	郝万宏, 董光亮, 李海涛, 王宏, 樊敏, 周欢, 徐得珍. 火星大气进入下降着陆段测控通信关键技术研究 . 深空探测学报(中英文）, 2018, 5(5): 426-434. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.004
[7]	于正湜, 崔平远. 行星着陆自主导航与制导控制研究现状与趋势 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(4): 345-355. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.04.006
[8]	龙嘉腾, 高艾, 崔平远. 火星大气进入段侧向预测校正制导律设计 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(2): 145-149,180. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.02.008
[9]	刘延杰, 朱圣英, 崔平远. 小天体安全着陆与表面探测控制方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(4): 370-376. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.04.009
[10]	董捷, 王闯, 赵洋. 基于工程约束的火星着陆区选择 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(2): 134-139. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.02.006
[11]	王汀, 郭延宁, 张瑶, 马广富. 基于模型预测控制的多约束火星精确着陆制导律研究 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(4): 377-383. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.04.010
[12]	王茜茜, 谢慕君, 李元春. 基于模糊参数优化的小行星软着陆控制方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 162-167. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.010
[13]	胡海静, 朱圣英, 崔平远. 基于Lyapunov函数的小天体软着陆障碍规避控制方法 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 149-154. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.008
[14]	李爽, 陶婷, 江秀强, 张树瑜, 周杰. 月球软着陆动力下降制导控制技术综述与展望 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 111-119. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.002
[15]	夏元清, 沈刚辉, 孙浩然, 周鎏宇. 火星探测器进入段预测校正制导方法 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(4): 338-344. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.04.007
[16]	赵振华, 杨俊, 李世华, 郭雷. 基于阻力跟踪的火星大气进入段非线性预测制导律设计 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 137-143. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.006
[17]	郭延宁, 马广富, 曾添一, 崔祜涛. 基于燃料最优解的火星精确着陆制导策略研究 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(1): 61-68. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.009
[18]	AlexanderGUSEV, 孟治国, 平劲松, NataliaPETROVA, HideoHANADA. 多层月球模型的自转动力学与着陆探测 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(3): 175-180. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2014.03.002
[19]	魏若岩, 阮晓钢, 庞涛, OuattaraSIE, 武旋, 肖尧. 小天体软着陆中的地面特征区域提取与跟踪算法 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(4): 308-314. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2014.04.011
[20]	崔平远, 高艾, 于正湜. 火星着陆自主导航方案研究进展 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(1): 18-27.

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基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪

1. 东南大学自动化学院,南京210096

2. 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191

基金项目: 深空探测973项目(2012CB720003)

收稿日期: 2014-01-15
修回日期: 2014-02-27

关键词:

约束预测控制 /

线性化预测模型

摘要: 针对火星着陆任务大气进入段的轨迹跟踪控制问题,给出了一种基于约束预测控制的跟踪策略。综合考虑大气进入段动力学模型的非线性、状态初值的不确定性、控制量限幅约束以及参数摄动,设计了基于线性化阶跃响应预测模型、反馈校正和含约束滚动优化的约束预测控制器,并通过数学仿真对该方法进行了数值验证,结果表明:约束预测控制较PID对参考指令跟踪精度更高,开伞点误差圆半径远小于PID方法;能得到控制量限幅约束条件下平稳的控制曲线。

English Abstract

吴超, 赵振华, 杨俊, 李世华, 郭雷. 基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪[J]. 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(2): 128-133.

引用本文:

吴超, 赵振华, 杨俊, 李世华, 郭雷. 基于约束预测控制的火星大气进入轨迹跟踪[J]. 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(2): 128-133.

WU Chao, ZHAO Zhenhua, YANG Jun, LI Shihua, GUO Lei. Mars Entry Trajectory Tracking Using Constrained Predictive Control[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2014, 1(2): 128-133.

Citation:

WU Chao, ZHAO Zhenhua, YANG Jun, LI Shihua, GUO Lei. Mars Entry Trajectory Tracking Using Constrained Predictive Control[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2014, 1(2): 128-133.

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