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Mapping analytical costate estimation method based smoothing homotopy technique for low-thrust trajectory optimization
DOI:10.1016/j.asr.2025.07.086.png)
摘要
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准确估计非直观协状态是利用间接方法求解轨迹优化问题的关键步骤,该方法将问题转化为两点或多点边值问题。本文提出了一种结合有限傅里叶级数形状基方法生成的参考轨迹与协状态向量映射定理的解析且非迭代方法,用于在所需坐标系中估计初始协状态。为进一步提高间接方法的收敛性,所提出的映射解析协状态估计(MACE)方法与两种互补技术相结合:能量-燃料同伦方法(MACE-H)和双曲正切平滑技术(MACE-S)。同时,开发了一种通用的同伦/平滑步长迭代策略,以确保在打靶迭代过程中实现稳健收敛。所提出的方法和策略的有效性与稳健性通过三个典型的星际燃料最优低推力交会任务(地球-火星、地球-狄俄尼索斯和地球-金星)进行验证。结果表明,MACE-S的计算效率优于MACE-H,并且在求解一类具有特殊多重极值的最优控制问题时,MACE-S方法能更好地增强向全局最优解的收敛。
Keyword:
trajectory optimization
costate estimation
indirect methods
homotopy method
optimal control

