本文關(guān)鍵詞：基于限制性三體問題的衛(wèi)星編隊(duì)重構(gòu)研究

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【摘要】：隨著科技的發(fā)展,世界的進(jìn)步,人類對太空深處的奧秘也越來越感興趣。自1957年開始,各國相繼開展航天競賽,大國爭相進(jìn)入太空探秘的領(lǐng)域,衛(wèi)星的發(fā)展也就逐漸成了國家實(shí)力的象征。然而隨著任務(wù)要求的增加,衛(wèi)星質(zhì)量、體積以及研制經(jīng)費(fèi)、周期都不堪重負(fù),小衛(wèi)星編隊(duì)技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生了。本文首先基于近年小衛(wèi)星編隊(duì)發(fā)展情況概述了國內(nèi)內(nèi)外所研究的項(xiàng)目、任務(wù);接著以相對動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)分別從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度描述編隊(duì)衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)模型;然后討論了近地軌道以及深空探測任務(wù)中衛(wèi)星受到的攝動(dòng)力的發(fā)展現(xiàn)狀;隨后又描述了本文主要研究的限制性三體環(huán)境,主要分為圓型限制性三體和完全限制性三體兩方面的研究現(xiàn)狀;最后分析了應(yīng)用于編隊(duì)衛(wèi)星重構(gòu)技術(shù)上的控制器設(shè)計(jì)技術(shù)。編隊(duì)衛(wèi)星任務(wù)主要是由多顆從星與單顆主星之間的相對運(yùn)動(dòng)組成,那么一顆從星與主星之間的關(guān)系就是研究編隊(duì)的基礎(chǔ)。本文首先研究了二體環(huán)境,同時(shí)建立了基于HILL方程的相對運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,分析了地/月-日限制性三體環(huán)境,分析了其2L拉格朗日點(diǎn)附近的優(yōu)勢,建立了編隊(duì)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型,并對其中的非線性項(xiàng)進(jìn)行線性化。在地/月-日系統(tǒng)的2L點(diǎn)附近,航天器受到的天體引力處于平衡狀態(tài),則控制力對其運(yùn)動(dòng)軌跡將占主導(dǎo)作用,較常規(guī)的推進(jìn)方式來說,太陽帆控制力可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、精確的推力,更容易實(shí)現(xiàn)編隊(duì)軌跡規(guī)劃。本文分析了太陽帆的姿態(tài)角以及衛(wèi)星受到的太陽光壓力。對于雙星系統(tǒng)而言,因其中一顆天體不能按照球體論述,則衛(wèi)星受到的天體攝動(dòng)需要用到勢函數(shù)理論來解決。本文針對1999KW4雙星系統(tǒng),進(jìn)行模型簡化,利用橢球體勢函數(shù)對衛(wèi)星的影響建立在此系統(tǒng)平動(dòng)點(diǎn)附近的編隊(duì)動(dòng)力學(xué)模型。針對地/月-日系統(tǒng)中的編隊(duì)衛(wèi)星重構(gòu),可采用線性控制器進(jìn)行控制。本文設(shè)計(jì)了基于線性化編隊(duì)模型的最優(yōu)線性二次型調(diào)節(jié)器,考慮了編隊(duì)隊(duì)形、所耗能量以及控制時(shí)間等因素使三顆從星完成從圓型隊(duì)形匯聚到主星位置的重構(gòu)任務(wù)。同時(shí)針對雙星系統(tǒng)的非線性相對運(yùn)動(dòng)編隊(duì)動(dòng)力學(xué),本文采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器來進(jìn)行重構(gòu)。HBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種強(qiáng)泛化的網(wǎng)絡(luò),同時(shí)采用凸函數(shù)(CCA)對單隱含層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化使其能以較高的精度實(shí)現(xiàn)接近復(fù)雜非線性函數(shù)模型。綜上,本文研究了地/月-日和雙星限制性三體系統(tǒng)環(huán)境,建立了編隊(duì)衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型。又根據(jù)太陽光壓力和天體攝動(dòng)力來進(jìn)行編隊(duì)重構(gòu);針對線性模型設(shè)計(jì)了LQR控制器,針對非線性模型設(shè)計(jì)了基于CCA的HBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器來完成重構(gòu)任務(wù)。
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V474

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王忠貴;張麗艷;龔志剛;朱振才;陳宏宇;;神舟七號(hào)飛船伴星飛行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證[J];中國科學(xué)(E輯:技術(shù)科學(xué));2009年03期

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本文編號(hào)：1305921