[发明专利]一种垂直起降火箭在线轨迹规划的运动学约束转换方法

权利要求书

1.一种垂直起降火箭在线轨迹规划的运动学约束转换方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)由运载器姿态控制要求，获取运载器姿态控制约束，获取运载器姿态控制约束为：

ψ_min≤ψ≤ψ_max

ω_ψmin≤ω_ψ≤ω_ψmax

其中下标min和max分别表示对应变量的最小值和最大值，和ψ分别表示俯仰角和偏航角，和ω_ψ表示俯仰角速度和偏航角速度；

(2)将姿态角约束转换为程序角约束，程序角约束为：

ψ_min≤ψ_c≤ψ_max

ω_ψmin≤ω_ψc≤ω_ψmax

其中和ψ_c分别表示俯仰程序角和偏航程序角指令，和ω_ψc分别表示俯仰程序角速度和偏航程序角速度；

(3)将程序角约束转换为推力加速度约束，推力加速度约束为：

其中a_x表示水平面内的横向推力加速度，a_z表示水平面内的侧向推力加速度，a_y表示竖直方向的推力加速度；

(4)对推力加速度幅值约束进行离散化处理，获得离散化的加速度幅值约束，离散化的加速度幅值约束为：

其中k表示每个离散点，N为离散点总数，a_x(k)表示a_x的离散化形式，a_y(k)表示a_y的离散化形式，a_z(k)表示a_z的离散化形式；

(5)对推力加速度变化率约束进行离散化处理，获得离散化的加速度变化率约束，离散化的加速度变化率约束为：

其中t_k表示对应离散点的时刻。

2.一种垂直起降火箭在线轨迹规划的制导指令生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)由运载器姿态控制要求，获取运载器姿态控制约束，获取运载器姿态控制约束为：

ψ_min≤ψ≤ψ_max

ω_ψmin≤ω_ψ≤ω_ψmax

其中下标min和max分别表示对应变量的最小值和最大值，和ψ分别表示俯仰角和偏航角，和ω_ψ表示俯仰角速度和偏航角速度；

(2)将姿态角约束转换为程序角约束，程序角约束为：

ψ_min≤ψ_c≤ψ_max

ω_ψmin≤ω_ψc≤ω_ψmax

其中和ψ_c分别表示俯仰程序角和偏航程序角指令，和ω_ψc分别表示俯仰程序角速度和偏航程序角速度；

(3)将程序角约束转换为推力加速度约束，推力加速度约束为：

其中a_x表示水平面内的横向推力加速度，a_z表示水平面内的侧向推力加速度，a_y表示竖直方向的推力加速度；

(4)对推力加速度幅值约束进行离散化处理，获得离散化的加速度幅值约束，离散化的加速度幅值约束为：

其中k表示每个离散点，N为离散点总数，a_x(k)表示a_x的离散化形式，a_y(k)表示a_y的离散化形式，a_z(k)表示a_z的离散化形式；

(5)对推力加速度变化率约束进行离散化处理，获得离散化的加速度变化率约束，离散化的加速度变化率约束为：

其中t_k表示对应离散点的时刻；

(6)在在线轨迹规划算法中加入离散化的加速度幅值和加速度变化率约束，生成满足姿态控制约束的制导指令，生成满足姿态控制约束的制导指令的方法为：利用在线轨迹规划算法输出满足离散化的加速度幅值和加速度变化率约束的三个方向上加速度指令序列{(ax(k),ay(k),az(k))|k＝1,…,N}，再根据飞行时间进行线性插值，求得每个制导周期对应的加速度指令，将其传换成对应的俯仰程序角和偏航程序角输入姿态控制系统，实现对运载器的控制。