北京航空航天大學的研究人員介紹了一種用於可重複使用火箭的動力下降導引方法–Endo-PDG-DR，該方法將幹擾抑制與優化控制相結合。 他們利用先進的演算法解決了建模和非建模幹擾，實現了穩健的即時導引。

所提出的干擾抑制最佳化導引方法有兩個關鍵組成部分：即時標稱軌跡產生和穩健鄰近最佳化回授控制。 相應地，此導引方法將自適應最佳化轉向和乾擾衰減這兩個協同功能統一起來。 自適應最佳化轉向基於增強動力學模型來適應建模擾動，而擾動衰減則補償剩餘未建模擾動引起的狀態擾動效應。 資料來源：《中國航空學報》

動力下降導引（PDG）是使可重複使用火箭在地球上精確著陸的關鍵技術。 與為月球和行星著陸而開發的成熟的PDG 系統不同，大氣層內動力下降導引必須應對非線性動力學和地球大氣層內更惡劣的飛行條件所帶來的挑戰。 這些挑戰包括引擎推力波動、空氣動力不確定性和風幹擾。

例如，風擾動會給火箭帶來持續的空氣動力，這可能會大大降低著陸精度，增加推進劑消耗，甚至導致不穩定的導引指令。 雖然現有的方法包含六自由度動力學和空氣動力學模型，但往往無法在導引設計過程中系統性地解決幹擾問題。

為了克服這個局限性，必須開發能夠在大氣層內非線性最佳化導引中拒絕幹擾的導引策略。 我們的目標是產生導引指令，引導火箭沿著符合終端著陸條件的軌跡飛行，同時優化性能指標，如盡量減少推進劑消耗，即使在有乾擾的情況下也是如此。

新穎的導引方法： Endo-PDG-DR

最近，中國北京航空航天大學李惠峰和張然領導的研究團隊提出了一種以乾擾抑制為目標的最佳化回饋導引方法。 這項工作代表了一種先進的工程設計方法，能夠將最優制導性能和乾擾抑制水平統一起來。

該團隊於2024年12月14日在《中國航空學報》上發表了他們的研究成果。

“在這項工作中，我們透過對幹擾的劃分和征服，提出了一個名為”帶幹擾抑制的大氣末端動力下降導引（Endo-PDG-DR）”的新問題。擾動分為建模擾動和非建模擾動兩部分，因此，我們相應地採用了兩種不同的擾動抑制策略來處理這兩種擾動。 “北京航空航天大學宇航學院教授、研究方向為飛行器導引與控制的資深專家李慧峰說：”建模幹擾是透過優化導引問題主動利用的，其中建模幹擾被增強為動力學模型的新狀態；未建模幹擾是透過調整最佳化導引問題哈密頓的二階偏導數，用參數化的時變二次性能指標被動減弱的。

偽譜微分動態程式設計（PDDP）方法

研究人員開發了一種新的偽譜微分動態程式設計（PDDP）方法來求解Endo-PDG-DR 問題的Hamilton-Jacobi-Bellman 方程，並相應地獲得了一種穩健的鄰近最優狀態回授律，其仿射形式簡單，有利於即時實現。 更重要的是，所獲得的最優回饋導引法則統一了兩個協同功能，即自適應最優轉向和乾擾衰減。 自適應最佳化轉向可適應建模幹擾，而乾擾衰減可補償剩餘未建模幹擾所造成的狀態擾動效應。

利用推導出的最優回饋導引定律，研究人員透過嚴格表徵從未定義的干擾到預測導引誤差的輸入-輸出屬性，定量測量了乾擾抑製程度。 根據量化的干擾抑製水平，提出了一個簡單實用的二次加權參數調整法，以減弱未建模幹擾的不利影響。

然而，在探索導引魯棒性方面還需要更精細的研究工作。 在這方面，李惠峰也提出了未來工作中可能追求的三個主要發展方向，包括線上模型辨識、高約束最佳軌跡產生和導引參數學習。

編譯自/ scitechdaily