基于模型预测控制的多约束火星精确着陆制导律研究

王汀，郭延宁，张瑶，马广富

（哈尔滨工业大学 控制工程系，哈尔滨 150001）

基于模型预测控制的多约束火星精确着陆制导律研究

王汀，郭延宁，张瑶，马广富

（哈尔滨工业大学 控制工程系，哈尔滨 150001）

主要研究了火星着陆动力下降段考虑燃料消耗和实际任务约束条件的制导律设计问题。选取可变推力发动机作为执行机构，首先建立了着陆器在动力下降段的运动方程及质量变化方程；其次对实际任务中需要考虑的斜坡、推力幅值和方向等约束条件建立了约束模型；接下来通过构造由控制量和状态量构成的性能指标，提出一种基于模型预测控制的多约束火星精确着陆制导算法。可实现多种约束条件下的指标最优精确着陆任务。最后，通过数值仿真对比了本文与已有典型着陆策略，验证了所提算法可以在满足约束条件的前提下有效地完成既定火星精确着陆任务。

精确着陆；动力下降段；模型预测控制；几何约束

0 引 言

随着科学水平的不断发展，世界各国都将目光放到了遥远的外太空并制定了各自的探索计划[1-2]。火星作为地球的近邻有着与地球相似的环境，因此成为了行星探测的主要目标。自1957年第一颗人造卫星成功发射后3年，美国和苏联便开始了火星探索计划，至今的几十年内其他国家也加入了探索火星的行列，我国也制定了2020年左右实现火星“绕、落、巡”一步走的计划[3-4]。由于火星着陆任务存在着对着陆地点环境的要求与资源丰富地区探索的限定，实现快速且高效的定点着陆在当今及未来的着陆任务中扮演着越来越重要的角色[5-7]。……