本文關鍵詞：火星近火點捕獲制動姿軌一體化控制

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【摘要】：隨著印度火星探測任務的成功,我國的火星探測計劃也逐步走上日程。本文以工程項目“火星近火點捕獲制動工程技術研究”為背景,創(chuàng)新點在于:第一,將粒子群優(yōu)化方法用于有限推力火星近火點捕獲制動策略參數(shù)優(yōu)化中,解決了有近火點高度約束和遠火點高度約束的點火制動參數(shù)優(yōu)化的問題;第二,推導建立了大推力條件下的充液撓性航天器姿軌耦合動力學模型,進行了姿軌耦合控制仿真。本論文以火星探測器近火點捕獲制動策略和姿軌耦合控制問題為中心展開研究,內(nèi)容分為以下四個部分:首先,建立了多天體影響下的軌道動力學模型,并基于這些軌道動力學模型設計了地球逃逸軌道、日心過渡軌道和火星進入軌道,并根據(jù)任務要求設計了捕獲制動后的環(huán)火星大橢圓軌道。其次,設計了慣性常姿態(tài)控制策略、沿跡反方向控制策略和常值角速率控制策略,應用粒子群優(yōu)化算法對慣性常姿態(tài)控制策略、沿跡反方向控制策略和常值角速率控制策略的捕獲制動的點火時刻、點火時長,推力方向角等參數(shù)進行了迭代尋優(yōu),并將優(yōu)化結果用于捕獲制動段軌道控制的仿真分析。然后,推導了撓性探測器的姿態(tài)動力學模型,基于該姿態(tài)動力學模型,應用擬歐拉角和相平面控制方法進行了姿態(tài)機動控制仿真,利用脈寬脈頻(PWPF)調制技術和比例-積分-微分(PID)控制器進行了姿態(tài)保持控制仿真。最后,推導了大推力制動過程中的充液撓性探測器的姿軌耦合動力學模型,在有姿態(tài)測量誤差和推力偏心影響下,對捕獲制動全程進行了仿真分析。本論文研究成果可以用于課題工作的借鑒和后續(xù)研究工作的參考。
【關鍵詞】：火星捕獲制動 捕獲制動策略 撓性振動 液體晃動 姿軌耦合
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題背景及研究目的和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 國外火星探測發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 國內(nèi)月球探測發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 捕獲制動技術發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.2.4 充液撓性航天器建模發(fā)展現(xiàn)狀15
• 1.2.5 姿態(tài)/軌道一體化控制發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容和結構16-18
• 第2章 火星探測器入軌及捕獲軌道設計18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 坐標系的定義與轉換關系18-20
• 2.2.1 火星J2000.0 平赤道慣性坐標系18
• 2.2.2 日心J2000.0 黃道慣性坐標系18
• 2.2.3 地球J2000.0 平赤道慣性坐標系18-19
• 2.2.4 坐標轉換關系19-20
• 2.3 軌道動力學模型20-22
• 2.3.1 地心軌道動力學模型20-21
• 2.3.2 日心軌道動力學模型21-22
• 2.3.3 火心軌道動力學模型22
• 2.4 入軌軌道設計22-28
• 2.4.1 窗口搜索22-25
• 2.4.2 入軌軌道粗搜索25-26
• 2.4.3 入軌軌道精確搜索26-28
• 2.5 捕獲制動軌道設計28-30
• 2.6 本章小結30-31
• 第3章 火星近火點有限推力捕獲控制策略31-49
• 3.1 引言31
• 3.2 粒子群算法31-32
• 3.3 慣性常姿態(tài)控制策略32-38
• 3.3.1 算法參數(shù)設置34-35
• 3.3.2 仿真算例35-38
• 3.4 沿跡反方向控制策略38-43
• 3.4.1 算法參數(shù)設置39-40
• 3.4.2 仿真算例40-43
• 3.5 常值角速率控制策略43-48
• 3.5.1 算法參數(shù)設置43-44
• 3.5.2 仿真算例44-48
• 3.6 本章小結48-49
• 第4章 撓性火星探測器的姿態(tài)控制49-65
• 4.1 引言49
• 4.2 坐標系的定義與轉換關系49-50
• 4.2.1 探測器本體坐標系49
• 4.2.2 探測器目標指向坐標系49
• 4.2.3 坐標轉換關系49-50
• 4.3 火星探測器姿態(tài)動力學模型50-56
• 4.4 姿態(tài)控制律56-57
• 4.4.1 姿態(tài)機動控制律56-57
• 4.4.2 姿態(tài)保持控制律57
• 4.5 主發(fā)動機點火前的姿態(tài)控制仿真57-64
• 4.6 本章小結64-65
• 第5章 充液撓性火星探測器姿軌耦合控制65-80
• 5.1 引言65
• 5.2 充液撓性火星探測器姿軌耦合動力學模型65-67
• 5.3 捕獲制動姿軌一體化控制仿真67-79
• 5.3.1 慣性常姿態(tài)控制策略69-73
• 5.3.2 沿跡反方向控制策略73-76
• 5.3.3 常值角速率控制策略76-79
• 5.4 本章小結79-80
• 結論80-82
• 參考文獻82-86
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文86-88
• 致謝88

【參考文獻】

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1 劉s，

本文編號：1052427