【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及航天任務(wù)復(fù)雜性的提高,單個航天器不能靈活執(zhí)行多類型航天任務(wù)的局限性逐漸顯現(xiàn)。利用多個航天器協(xié)同工作,完成復(fù)雜的太空探索任務(wù)已成為當(dāng)今國際航天領(lǐng)域的一個研究熱點,航天器群的應(yīng)用與開發(fā)勢必成為未來國際太空發(fā)展的戰(zhàn)略重點。因此,對于航天器群的智能控制技術(shù)的研究便顯得尤為重要。本文以航天器群為研究對象,針對航天器群的智能控制技術(shù)展開研究。主要以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為研究工具,設(shè)計了用于主從式航天器群姿態(tài)協(xié)同控制、航天器群編隊飛行控制以及航天器群隊形重構(gòu)過程中的控制器。論文主要研究內(nèi)容如下:針對主從式航天器群姿態(tài)協(xié)同控制問題,提出了一種基于前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)姿態(tài)協(xié)同控制方法。對航天器群控制系統(tǒng)所使用的執(zhí)行器——自由分子流微型電阻加熱推進(jìn)器進(jìn)行了建模分析。設(shè)計了一種新型結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)姿態(tài)協(xié)同控制器,采用前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射能力解決了傳統(tǒng)PD控制器無法有效應(yīng)對外部干擾、執(zhí)行器失效情況的問題,并引入李雅普諾夫函數(shù)證明了航天器群自適應(yīng)姿態(tài)協(xié)同控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對主從式航天器群編隊飛行控制問題,提出了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑�？刂品椒�。當(dāng)模型不確定性與外部擾動較強(qiáng)時,單一滑�？刂茻o法保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對此設(shè)計了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑�？刂破�,采用一種新的算法構(gòu)建前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),并優(yōu)化了初始權(quán)值分配方法。利用該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)消除了航天器群飛行過程中,外部擾動等不確定性對航天器群相對位置和姿態(tài)控制的影響,在提高了控制器性能的同時,解決了控制輸入限制問題。針對主從式航天器群隊形重構(gòu)過程中的控制問題,設(shè)計了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的航天器群隊形重構(gòu)控制策略。以“一主四從”結(jié)構(gòu)的航天器群隊形重構(gòu)為例,基于燃料最省和勢函數(shù)法給出了隊形重構(gòu)策略。通過隨機(jī)權(quán)值學(xué)習(xí)算法構(gòu)建了隨機(jī)權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),并在此基礎(chǔ)上利用隨機(jī)權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器對航天器群隊形重構(gòu)過程進(jìn)行了控制,從而實現(xiàn)對群系統(tǒng)機(jī)動過程中的控制研究。通過STK與MATLAB的互聯(lián)仿真實驗,驗證了本文所提出的針對航天器群的控制算法的有效性與準(zhǔn)確性,為空間飛行任務(wù)的順利開展奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的航天器群智能控制技術(shù)研究開展由更多數(shù)量航天器組成的航天器群任務(wù)，比如 Flock量實驗實驗衛(wèi)星（Digital Elevation Measurement，TanDEM-X）German Aerospace Center，DLR）開展的數(shù)字高程測量任生成一個全球高精度數(shù)字高程模型（Digital Elevation M需要，TerraSAR-X 和 TanDEM-X 兩顆衛(wèi)星可以以三種觀察地球的同一區(qū)域，提供一幅詳細(xì)的多維圖像；追逐一區(qū)域進(jìn)行偏移成像；交替雙穩(wěn)態(tài)模式，類似于雙穩(wěn)態(tài)模度 515km 的太陽同步晨昏軌道上運行，，軌道傾角97.44

衛(wèi)星獨立地對同一區(qū)域進(jìn)行偏移成像；交替雙穩(wěn)態(tài)模式，類似于雙穩(wěn)態(tài)模式。TerraSAR-X器在平均軌道高度 515km 的太陽同步晨昏軌道上運行，軌道傾角97.44 ，軌道周期 11 天圖 1. 1 TanDEM-X/TerraSAR-X 編隊效果圖B. 磁層多尺度探測任務(wù)磁層多尺度探測任務(wù)衛(wèi)星（Magnetospheric Multiscale Satellite，MMS）由 NASA（Natioeronautics and Space Administration）研發(fā)，于 2015 年 3 月發(fā)射[14]。由 4 個航天器在高橢圓（近地點為 1.2 個地球半徑，遠(yuǎn)地點為 12 個地球半徑）上運行并構(gòu)成四面體結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V448.2

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