一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法与流程

本发明涉及一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，属于飞行器制导控制。

背景技术：

1、着陆制导技术是实现火箭返回、月面着陆、火星着陆等着陆需求的关键制导技术。在着陆过程中，需要满足着陆位置、速度以及加速度的要求。

2、多项式制导技术是一项实时规划一条运动轨迹满足初始点和着陆点约束的技术。现有多项式制导一般只是考虑了飞行过程中当前位置、速度、以及着陆点位置、速度与控制指令之间的关系，或将发动机的响应特性考虑为单纯的时间延迟。而简单的时间延迟不能真实的表征发动机的特性，二阶甚至高阶特性能够更加真实的描述推力的响应情况。

3、发动机作为实现制导指令的关键执行机构，其响应延迟会导致多项式规划的加速度指令无法准确实现，不能按照多项式制导方法规划的轨迹飞向既定的飞行目标，导致着陆点的位置、速度、加速度出现偏差。而将发动机的响应特性考虑为单纯的时间延迟进行制导指令的补偿，由于响应特性的差别仍然会造成控制误差的存在。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，将发动机推力响应特性、多项式计算的目标加速度和参考轨迹引入到控制指令中，解决指令加速度响应滞后问题，达到消除误差的目的从而实现精准着陆。

2、本发明的技术解决方案是：一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，包括：

3、根据目标点信息以及当前时刻的速度位置信息计算参考轨迹；

4、根据参考轨迹计算目标加速度；

5、构建加速度响应等效模型；

6、利用参考轨迹，获取指令加速度的微分方程表达式；

7、根据所述微分方程表达式计算指令加速度。

8、进一步地，根据目标点信息以及当前时刻的速度位置信息计算参考轨迹。

9、进一步地，所述根据目标点信息以及当前时刻的速度位置信息计算参考轨迹，具体为：

10、sg＝stg

11、jg＝jtg+stg·t

12、

13、

14、

15、其中，rtg、vtg、atg、jtg、stg：目标的位置、速度、加速度、加速度导数、加速度两阶导数；rg、vg、ag、jg、sg：飞行器当前的位置、速度、加速度、加速度导数、加速度两阶导数；t：剩余飞行时间。

16、进一步地，根据参考轨迹计算目标加速度：ag＝12(rtg-rg)/t2+6(vtg-vg)/t+atg。

17、进一步地，根据发动机响应延迟特性，构建加速度响应等效模型，为：τ为响应时间，ξ为阻尼系数，am为实际响应加速度；ac为指令加速度，s为拉普拉斯算子。

18、进一步地，利用参考轨迹，获取指令加速度的微分方程表达式，为：

19、

20、其中，a′m为实际响应加速度一阶导数，a″m″为实际响应加速度二阶导数。

21、进一步地，所述根据所述微分方程表达式计算指令加速度，包括：

22、τ为响应时间，ξ为阻尼系数。

23、进一步地，参考轨迹位置为时间的四次函数，参考轨迹速度的时间三次函数，参考轨迹加速度为时间的二次函数。

24、一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法的步骤。

25、一种适应推力响应大滞后的着陆制导设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法的步骤。

26、本发明与现有技术相比的优点在于：

27、(1)考虑了发动机推力的二阶响应特性，而不是单纯的时间延迟，能够更加真实的补偿发动机推力响应带来的指令误差。

28、(2)将多项式的参考轨迹项作为加速度指令的微分项，从而实现制导指令的连续化，能够避免由于微分作用导致的加速度指令跳变问题。

技术特征：

1.一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，其特征在于，根据目标点信息以及当前时刻的速度位置信息计算参考轨迹。

3.根据权利要求2所述的一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，其特征在于，所述根据目标点信息以及当前时刻的速度位置信息计算参考轨迹，具体为：

4.根据权利要求3所述的一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，其特征在于，根据参考轨迹计算目标加速度：ag＝12(rtg-rg)/t2+6(vtg-vg)/t+atg。

5.根据权利要求3所述的一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，其特征在于，根据发动机响应延迟特性，构建加速度响应等效模型，为：τ为响应时间，ξ为阻尼系数，am为实际响应加速度；ac为指令加速度，s为拉普拉斯算子。

6.根据权利要求5所述的一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，其特征在于，利用参考轨迹，获取指令加速度的微分方程表达式，为：

7.根据权利要求3所述的一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，其特征在于，所述根据所述微分方程表达式计算指令加速度，包括：

8.根据权利要求2所述的一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，其特征在于，参考轨迹位置为时间的四次函数，参考轨迹速度的时间三次函数，参考轨迹加速度为时间的二次函数。

9.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～权利要求8任一所述方法的步骤。

10.一种适应推力响应大滞后的着陆制导设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1～权利要求8任一所述方法的步骤。

技术总结
一种适应推力响应大滞后的着陆制导方法，利用多项式制导计算参考轨迹，将发动机响应特性考虑到多项式制导方法的计算过程中，解决在飞行过程中由于发动机指令推力响应大滞后带来的技术问题，能够使得飞行器按照多项式制导规划的轨迹完成飞行任务。本发明通过发动机特性得到指令加速度与响应加速度之间的关系，利用多项式的参考轨迹将延迟特性补偿到加速度指令中，得到考虑推力响应大滞后的多项式着陆制导方法，能够保证输出的指令为多项式计算的目标加速度，精确实现着陆的目标速度位置控制。

技术研发人员：王禄,洪亮,丁寰毓,卓俊维,陈弈澄,朱蕾蕾,刘思
受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13