本發明公開了一種基于自適應控制節點的月球探測器軟著陸最優控制系統，該系統由速度傳感器、距離探測器、MCU、燃料消耗系統、軟著陸狀態顯示構成。月球探測器準備軟著陸時，速度傳感器、距離探測器測量當前該探測器的下降速度、與月球表面之間的距離，并將測量數據傳送給MCU，MCU立即執行自適應控制節點最優控制方法，計算出使月球探測器安全著陸并且最少消耗燃料的燃料消耗速率控制策略，將其轉換為運行指令傳送給燃料消耗系統，并實時顯示當前軟著陸狀態。本發明能夠保證月球探測器安全軟著陸并且最大程度地減少燃料的消耗。

技術領域

本發明涉及月球軟著陸控制領域，主要是一種基于自適應控制節點的月球探測器軟著陸最優控制系統。在月球探測器將要著陸時，該系統能夠計算出最優的軟著陸策略，以保證探測器安全著陸并且最大程度地減少燃料的消耗。

背景技術

二十世紀五十年代末至今，美國、前蘇聯/俄羅斯、日本、歐洲航天局、中國和印度先后進行了月球探測，九十年代以來興起了新一輪的熱潮。其中，月球探測器軟著陸是一種非常重要的技術手段。軟著陸就是在落地之前通過一定的手段減小垂直速度，使之以一個可以接受的速度落地，以保護飛行器和航天員。由于月球上沒有空氣，類似于真空，用降落傘是不可能的，而氣墊不好控制力度，目前的技術是靠月球探測器自身的反作用力實現軟著陸。現今，國內外眾多專家學者都對此展開了深入研究。

發明內容

為了使月球探測器安全著陸并且最大程度地減少燃料的消耗，本發明提供了一種基于自適應控制節點的月球探測器軟著陸最優控制系統，該系統借助MCU作為最優控制方法的實現載體。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于自適應控制節點的月球探測器軟著陸最優控制系統，能夠計算出最優的軟著陸策略，以保證探測器安全著陸并且最大程度地減少燃料的消耗。其特征在于：由速度傳感器、距離探測器、MCU、燃料消耗系統、軟著陸狀態顯示構成。所述系統的運行過程包括：

步驟A1：月球探測器準備軟著陸時開啟速度傳感器以及距離探測器，用于實時測量當前該探測器的下降速度以及與月球表面之間的距離，并將測量數據傳送給MCU；

步驟A2：MCU執行內部的自適應控制節點最優控制方法，計算出使月球探測器安全著陸并且最少消耗燃料的燃料消耗速率控制策略；

步驟A3：MCU將得到的燃料消耗速率控制策略轉換為燃料消耗系統運行指令，傳送給燃料消耗系統，并實時顯示當前軟著陸狀態。

所述的MCU，包括信息采集模塊、初始化模塊、結束時間處理模塊、控制向量參數化模塊、非線性規劃(Nonlinear Programming，NLP)問題求解模塊、終止條件判斷模塊、自適應控制節點分配模塊、控制指令輸出模塊。

月球探測器的軟著陸過程可以描述為：

其中t表示時間，t₀表示軟著陸過程開始時間，t_f表示軟著陸過程結束時間，且t_f不固定；被稱為狀態變量，表示月球探測器的速度、加速度、質量、與月球表面之間的距離等物理參數，x₀是其初始值，是其一階導數；u(t)表示月球探測器的燃料消耗速率，u_l、u_u分別為其下限值和上限值；是根據能量守恒以及力學原理建立的微分方程組；是對月球探測器軟著陸結束時刻的物理參數建立的約束條件。n_x,n_g分別是狀態變量和約束的數量。

假設以Φ[x(t_f)]表示燃料的總消耗量，則使燃料消耗最少的數學模型可表示為：

其中J[u(t)]表示控制目標，由燃料消耗速率u(t)決定。該問題本質上是一個最優控制問題。