在科學(xué)技術(shù)力量的推動下,航天器姿態(tài)運動的控制技術(shù)得到長足的發(fā)展,同時針對欠驅(qū)動航天器姿態(tài)運動的最優(yōu)控制研究也取得了相當(dāng)多的科研成果,本文將采用Chebyshev-Gauss（CG）偽譜法展開對全驅(qū)動航天器和欠驅(qū)動航天器姿態(tài)運動規(guī)劃的最優(yōu)控制研究。具體內(nèi)容如下:首先,采用歐拉姿態(tài)角和四元參數(shù)建立航天器系統(tǒng)的兩種姿態(tài)運動學(xué)方程;推導(dǎo)出航天器主體、動量輪及單框架控制力矩陀螺的角動量表達式,根據(jù)動量矩定理推導(dǎo)出包含推進器、動量輪以及單框架控制力矩陀螺在內(nèi)的航天器姿態(tài)動力學(xué)方程的一般形式,并將其分別轉(zhuǎn)變?yōu)閮H在一種驅(qū)動裝置作用下的動力學(xué)方程,以及對應(yīng)的欠驅(qū)動形式。然后,給出最優(yōu)控制問題的Bolza表示形式;介紹了最優(yōu)控制問題的求解方法;考慮到實際問題中對能耗的限制以及對機動時間的要求,在時間最優(yōu)指標(biāo)函數(shù)和能量最優(yōu)指標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計了時間-能量最優(yōu)指標(biāo)函數(shù);分別介紹了Gauss偽譜法以及CG偽譜法的相關(guān)理論及求解步驟。最后,對帶三個動量輪的航天器,根據(jù)能量最優(yōu)原理進行了姿態(tài)運動問題的研究,并用時間最優(yōu)指標(biāo)函數(shù)驗證求解結(jié)果的正確性;對動量輪作用的欠驅(qū)動航天器以及推進器作用的欠驅(qū)動航天器分別作了CG偽... 

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 背景及研究現(xiàn)狀
        1.2.1 全驅(qū)動航天器及欠驅(qū)動航天器姿態(tài)控制
        1.2.2 偽譜法及最優(yōu)控制
    1.3 本文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
第2章 航天器系統(tǒng)的姿態(tài)運動方程
    2.1 航天器驅(qū)動類型
        2.1.1 推進器驅(qū)動
        2.1.2 動量輪驅(qū)動
        2.1.3 控制力矩陀螺驅(qū)動
    2.2 航天器系統(tǒng)的運動學(xué)方程
    2.3 航天器系統(tǒng)的角動量
        2.3.1 航天器主體的角動量
        2.3.2 動量輪的角動量
        2.3.3 控制力矩陀螺的角動量
        2.3.4 系統(tǒng)總角動量
    2.4 全驅(qū)動航天器系統(tǒng)的姿態(tài)動力學(xué)方程
        2.4.1 推進器驅(qū)動
        2.4.2 動量輪驅(qū)動
        2.4.3 控制力矩陀螺驅(qū)動
    2.5 欠驅(qū)動航天器系統(tǒng)的姿態(tài)動力學(xué)模型
        2.5.1 推進器驅(qū)動
        2.5.2 動量輪驅(qū)動
        2.5.3 控制力矩陀螺驅(qū)動
    2.6 本章小結(jié)
第3章 基于CG偽譜法的最優(yōu)控制問題
    3.1 最優(yōu)控制問題
        3.1.1 問題的描述
        3.1.2 時間最優(yōu)控制、能量最優(yōu)控制與時間-能量最優(yōu)控制
    3.2 Gauss偽譜法
    3.3 CG偽譜法
        3.3.1 CG偽譜法的原理
        3.3.2 優(yōu)化策略
    3.4 本章小結(jié)
第4章 航天器系統(tǒng)的姿態(tài)運動規(guī)劃
    4.1 全驅(qū)動航天器系統(tǒng)
        4.1.1 三動量輪驅(qū)動的航天器
        4.1.2 三推進器驅(qū)動的航天器
        4.1.3 四個控制力矩陀螺驅(qū)動的航天器
    4.2 欠驅(qū)動航天器系統(tǒng)
        4.2.1 由兩推進器驅(qū)動的欠驅(qū)動航天器
        4.2.2 動量輪驅(qū)動的欠驅(qū)動航天器能量最優(yōu)控制
        4.2.3 動量輪驅(qū)動的欠驅(qū)動航天器時間-能量最優(yōu)控制
        4.2.4 控制力矩陀螺驅(qū)動的欠驅(qū)動航天器
    4.3 本章小結(jié)
第5章 結(jié)束語
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
致謝
個人簡歷、在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于hp自適應(yīng)偽譜法的空間機器人路徑規(guī)劃[J]. 曾祥鑫,崔乃剛,郭繼峰.  機器人. 2018(03)
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碩士論文
[1]基于高斯偽譜法的彈道優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 張洪倩.南京理工大學(xué) 2014



本文編號：3667188