本文關(guān)鍵詞：小行星附著軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與制導(dǎo)方法研究

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【摘要】：作為深空探測領(lǐng)域的重要分支,小行星探測活動(dòng)已經(jīng)成為人類航天活動(dòng)的重點(diǎn)規(guī)劃領(lǐng)域。隨著歐空局(ESA)成功發(fā)射“羅塞塔號”彗星探測器以及美國國家航空航天局(NASA)成功發(fā)射撞擊彗星的“深度撞擊”探測器,世界各航天大國紛紛制定小行星探測的規(guī)劃和任務(wù)。深空小行星探測的競爭浪潮正不斷地壯大開來,小行星探測方興未艾。小行星探測技術(shù)不僅僅代表著一個(gè)國家航天能力的強(qiáng)大,同時(shí)也能凸顯出科技水平以及社會(huì)進(jìn)步的程度。本文將以定點(diǎn)附著不規(guī)則小行星Eros433任務(wù)為背景,針對不規(guī)則小行星引力場建模、探測器附著過程的軌跡優(yōu)化以及標(biāo)稱軌跡跟蹤制導(dǎo)等問題展開研究工作。首先,基于球諧函數(shù)法建立不規(guī)則小行星的引力場模型,考慮小行星的自旋運(yùn)動(dòng)并忽略太陽的引力攝動(dòng)及太陽光壓等探測器的外部干擾,在小行星固連坐標(biāo)系下建立探測器的軌道動(dòng)力學(xué)方程;其次,系統(tǒng)地研究了偽譜法和間接法在軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)問題中的應(yīng)用,分別采用偽譜法和間接法設(shè)計(jì)以燃料最優(yōu)為控制性能指標(biāo)的軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,并在傳統(tǒng)的間接法中引入同倫技術(shù),解決間接法求解燃料最優(yōu)為性能指標(biāo)的最優(yōu)控制問題的兩點(diǎn)邊值問題對初值的敏感性問題,分別對兩種設(shè)計(jì)方法得到的附著段軌跡進(jìn)行分析,比較兩種方法的優(yōu)劣性;最后,在傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)面控制方法中引入擾動(dòng)觀測器(DOB),考慮小行星引力場的建模誤差以及探測器的外部干擾,設(shè)計(jì)一種基于擾動(dòng)觀測器和動(dòng)態(tài)面控制的標(biāo)稱軌跡跟蹤制導(dǎo)控制律,利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并以間接法求得的最優(yōu)軌跡為標(biāo)稱軌跡,進(jìn)行仿真驗(yàn)證,驗(yàn)證設(shè)計(jì)的軌跡跟蹤制導(dǎo)控制系統(tǒng)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì) 間接法 偽譜法 擾動(dòng)觀測器(DOB) 動(dòng)態(tài)面控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V448.2;V474
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 課題的研究背景和意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外深空探測領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀11-19
• 1.2.1 國內(nèi)外深空探測活動(dòng)的發(fā)展概述11-12
• 1.2.2 國內(nèi)外小行星探測的發(fā)展現(xiàn)狀12-19
• 1.3 軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)和制導(dǎo)控制方法的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.2 制導(dǎo)控制方法的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排21-23
• 第2章 不規(guī)則小行星引力場建模與探測器軌道動(dòng)力學(xué)建模23-30
• 2.1 引言23
• 2.2 不規(guī)則小行星引力場建模23-28
• 2.2.1 常用坐標(biāo)系23-25
• 2.2.2 基于球諧函數(shù)的不規(guī)則小行星引力場建模25-28
• 2.3 探測器軌道動(dòng)力學(xué)建模28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 基于偽譜法的小行星附著軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 航天器系統(tǒng)描述30-32
• 3.3 軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本問題32-33
• 3.4 偽譜法的理論基礎(chǔ)33-37
• 3.4.1 Lagrange多項(xiàng)式插值與函數(shù)逼近33-35
• 3.4.2 狀態(tài)向量微分矩陣35-36
• 3.4.3 非線性規(guī)劃問題及KKT條件36-37
• 3.5 基于偽譜離散的軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)37-38
• 3.6 仿真驗(yàn)證與分析38-42
• 3.7 本章小節(jié)42-43
• 第4章 基于間接法的小行星附著軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 間接法的理論基礎(chǔ)43-46
• 4.2.1 極大值原理43-44
• 4.2.2 兩點(diǎn)邊值問題與打靶法44-46
• 4.2.3 協(xié)態(tài)初值敏感性與牛頓迭代法46
• 4.3 同倫技術(shù)46-48
• 4.4 基于間接法的軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)48-49
• 4.5 仿真驗(yàn)證與分析49-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 第5章 基于擾動(dòng)觀測器的動(dòng)態(tài)面控制方法研究53-68
• 5.1 引言53
• 5.2 擾動(dòng)觀測器53-57
• 5.2.1 擾動(dòng)觀測器的一般結(jié)構(gòu)54
• 5.2.2 擾動(dòng)觀測器的工作原理54-56
• 5.2.3 低通濾波器的設(shè)計(jì)56-57
• 5.3 基于擾動(dòng)觀測器和動(dòng)態(tài)面控制的制導(dǎo)控制律設(shè)計(jì)57-61
• 5.3.1 動(dòng)態(tài)面控制設(shè)計(jì)57-59
• 5.3.2 擾動(dòng)觀測器的設(shè)計(jì)59-60
• 5.3.3 閉環(huán)軌跡跟蹤控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析60-61
• 5.4 仿真驗(yàn)證與分析61-66
• 5.5 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他研究成果75-77
• 致謝77

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本文編號：1073705