隨著人類對宇宙探索的不斷深入,世界多國開展了多項不同種類的深空探測活動,其中,對火星的探測已成為科研任務(wù)及學(xué)術(shù)研究的熱點并已進(jìn)入一個任務(wù)量大、層次逐步深入的階段�；鹦翘綔y器的軟著陸是人類開展火星探測最重要的形式之一,也是采樣返回及未來載人登火等任務(wù)的重要基礎(chǔ)。在著陸任務(wù)中,動力下降段作為著陸過程的最后階段直接決定著著陸任務(wù)的成敗。在動力下降階段,探測器采用反推發(fā)動機(jī)進(jìn)行減速制動,而其所面臨的火星未知大氣影響、火星表面地形復(fù)雜以及所攜帶燃料有限等因素都對探測器的制導(dǎo)方法出了嚴(yán)格的要求。針對火星表面存在環(huán)境不確定性、動力下降段任務(wù)要求的時間較短、火星表面地形復(fù)雜并且地球與火星之間漫長的距離造成的通信延時較大等問題,本文對火星探測器動力下降段精確制導(dǎo)問題展開研究,主要內(nèi)容包括以下幾個方面:為實現(xiàn)燃料消耗盡可能少的火星著陸任務(wù),給出考慮多種約束的燃料最優(yōu)軌跡優(yōu)化方法,該方法在標(biāo)稱模型下可以實現(xiàn)著陸過程中的燃料最優(yōu),但計算量較大,并且在系統(tǒng)存在模型不確定性或環(huán)境不確定性等情況下,開環(huán)規(guī)劃的標(biāo)稱軌跡不能保證燃料消耗的最優(yōu)性,甚至可能導(dǎo)致任務(wù)失敗。針對燃料最優(yōu)軌跡在線優(yōu)化計算量大且難以在軌應(yīng)用的問題... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

MSL著陸示意圖

(Entry、Descent and Landing, EDL)及個階段[6]，如圖1-2所示。接近段起：最后一次軌道機(jī)動至：進(jìn)入火星大氣超聲速進(jìn)入段起：進(jìn)入火星大氣至：降落傘打開超聲速進(jìn)入段起：進(jìn)入火星大氣至：降落傘打開動力下降段起：開啟反推發(fā)動機(jī)至：成功登陸火星約125km約6~20km約2~5km圖1-2 典型的火星EDL過程Fig. 1-2 Typical EDL process of Mars landing mission動力下降段作為著陸過程的最后階段直接影響了最終的著陸精度。在動力下降段，探測器采用反推發(fā)動機(jī)進(jìn)行減速制動直至成功登陸火星。動力下降段的任務(wù)已經(jīng)由硬著陸發(fā)展為現(xiàn)階段的軟著陸。為實現(xiàn)軟著陸，美國在Viking系列探測器的發(fā)射中采用了反推發(fā)動機(jī)的方法，使得探測器在著陸前進(jìn)行迅速的減速制動，但是該方法在當(dāng)時硬件精度較低的情況下并沒有完全發(fā)揮優(yōu)勢。隨后，美國的“勇氣”號和“機(jī)遇”號均采用了充氣氣囊進(jìn)行緩沖，以此來完成軟著陸。但是，充氣氣囊在著陸時產(chǎn)生的劇烈震動會損壞儀器，未來發(fā)射攜帶精密儀器探測器的任務(wù)并不適用此方法[7]�；鹦强茖W(xué)實驗室(MSL)這一項目采用了空中吊車的方法完成軟著陸任務(wù)[8]，通過纜繩將火星車與攜帶者連接，這種方式能夠保證火星車在崎嶇的表面完成軟著陸[9]

其狀態(tài)收斂過程可以總結(jié)為如圖5-13 所示的曲線。1x2x1 2 12 1 2 2, , x x xx F x x x1 2 12 1 2 2, , x x xx F x x x1 2 12 1 2 2, , x x xx F x x x1 2 12 1 2 2, , x x xx F x x x圖 5-13 超螺旋滑模觀測器的收斂曲線Fig. 5-13 Convergence trajectories of super twisting sliding mode observer當(dāng)1x 0時，系統(tǒng)狀態(tài)按照式(5-37)所示收斂，當(dāng)1x 0時，系統(tǒng)狀態(tài)按照式(5-38)所示收斂。1 2 12 1 2 2, , x x xx F x x x(5-37)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于光學(xué)信息的行星自主著陸魯棒估計與制導(dǎo)方法研究[D]. 高艾.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012

碩士論文
[1]火星表面障礙識別與規(guī)避方法研究[D]. 董士波.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[2]深空探測器軟著陸制導(dǎo)與控制方法研究[D]. 于文進(jìn).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[3]月球軟著陸障礙檢測與規(guī)避控制方法研究[D]. 馮軍華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號：3428031