基于响应面法的月球着陆器软着陆性能优化

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1、2014年5月北京航空航天大学学报May2014第40卷第5期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．5基于响应面法的月球着陆器软着陆性能优化王家俊王春洁宋顺广(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：为了提高月球着陆器软着陆性能，建立了月球着陆器的多体动力学参数化模型．对某典型恶劣工况进行了优化拉丁超立方实验设计，辨识关键实验因子．利用参数化模型和实验设计获取样本点构造了响应面模型，并检验了响应

2、面的拟合精度．以多个动力学性能作为优化目标，用响应面计算结果构造目标函数和约束条件，对响应面参数做多目标优化．将优化所得参数代入动力学模型中进行仿真，优化效果明显，验证了基于响应面法的软着陆性能优化方法的可行性，为今后的仿真实验提供参考．关键词：月球着陆器；参数化模型；实验设计；响应面；多目标优化中图分类号：V1文献标识码：A文章编号：1001-5965(2014)05-0707-05PerformanceoptimizationofIunarIanderbasedonresponsesurfaceme

3、thodologyWangJiajunWangChunjieSongShunguang(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Theparametricmodelofthelunarlanderbasedonmulti—bodydynamicswasestablishedforimprovinglanding

4、performancesofthelunarlander．Withthemodel，anoptimalLatinhypercubeexperimentaldesignforatypicalfailurecasewascarriedouttofindoutthekeyfactors．Thesamplepointswereacquiredbyusingparametricmodelandthedesignofexperimentstoconstructtheresponsesurfacemodel，andt

5、here-sponsesurfacefittingaccuracywastested．Thecalculatedresponsesurfaceresultsweretakenastheobjectivefunctionsandconstraintconditions，andresponsesurfaceparameterswereoptimizedtoimprovethecompre—hensivelandingperformances．Theoptimizedmodelwasthenobtainedb

6、ysubstitutingtheresultofthemulti-objectiveoptimizationintotheparametricmodel．Comparedwiththepreviousmodel，theoptimizedmodelhasmoreexcellentperformanceonthetypicalcase．Sothatthefeasibilityofoptimizationmethodwasverified，whichcanbeusedforthefuturesimulatio

7、nexperiments．Keywords：lunarlander；parameterizedmodel；designofexperiments；responsesurface；multi-objec—tiveoptimization月球着陆器以正常姿态安全降落在月面上并保持姿态稳定是着陆器及有效负载顺利开展工作的前提．着陆器在着陆过程中需要承受巨大的冲击载荷，加之月面地形复杂等不确定因素，使得着陆器容易产生翻倒、尾喷管或探测装置触月，致使任务失败⋯．因此在设计阶段验证并提高月球着陆器的软着陆性能显得尤

8、为重要．目前，国内外学者在月球软着陆技术方面进行了大量的研究。文献[2—4]提出了着陆器缓冲机构动力学仿真分析方法，并研究了缓冲参数对着陆抗翻倒性能的影响．文献[5—6]采用蒙特卡罗方法对不同构型的着陆器进行了着陆稳定性分析，定性地研究了构型参数对着陆抗翻倒性能的影响．以上研究均局限于改进月球着陆器软着陆收稿13期：2013．06-25；网络出版时间：2013-11-2711：01；DOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2