本文關(guān)鍵詞：小行星軟著陸動(dòng)力下降段制導(dǎo)與控制方法研究

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【摘要】：小行星探測(cè)活動(dòng)已經(jīng)成為當(dāng)今深空探測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn),方興未艾。探測(cè)形式也從早前的掠飛、環(huán)繞、撞擊發(fā)展到現(xiàn)在的著陸以及采樣返回,其中著陸探測(cè)甚至采樣返回是獲取科學(xué)研究數(shù)據(jù)的最理想途徑。但因小行星質(zhì)量輕、自旋、形狀不規(guī)則及弱重力場(chǎng)等特殊的性質(zhì),為實(shí)現(xiàn)著陸目標(biāo),就要求著陸制導(dǎo)律具有較強(qiáng)的魯棒性、自主性和較高的著陸精度。本文以小行星定點(diǎn)軟著陸任務(wù)為背景,將在小行星重力場(chǎng)球諧系數(shù)問題研究的基礎(chǔ)上,對(duì)小行星著陸探測(cè)器動(dòng)力下降段的制導(dǎo)律進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。首先,對(duì)小行星動(dòng)力下降段軌道約束進(jìn)行分析,并在小行星固連坐標(biāo)系下建立動(dòng)力下降段三維軌道動(dòng)力學(xué)方程。為了實(shí)現(xiàn)不規(guī)則形狀小行星重力場(chǎng)建模,深入研究了多面體模型法和球諧函數(shù)法兩種建模方法。其次,深入研究小行星重力場(chǎng)球諧系數(shù)的計(jì)算和優(yōu)化問題。為得到高精度的全球球諧系數(shù),即傳統(tǒng)意義上的球諧系數(shù),對(duì)小行星多面體模型的劃分形式、面數(shù)的選擇、檢驗(yàn)點(diǎn)選取方式進(jìn)行討論和分析。為建立小行星局部重力場(chǎng)模型,提出局部球諧系數(shù)概念,即在該局部空域內(nèi)集中選取檢驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算得到的球諧系數(shù),并構(gòu)建一個(gè)新的性能指標(biāo)對(duì)其有效性進(jìn)行評(píng)估。然后,針對(duì)小行星著陸探測(cè)器動(dòng)力下降段進(jìn)行顯式制導(dǎo)律設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)著陸探測(cè)器安全準(zhǔn)確地定點(diǎn)著陸,并考慮小行星動(dòng)力學(xué)環(huán)境的不確定性和外界干擾,基于滑模變結(jié)構(gòu)思想設(shè)計(jì)兩種自主的、魯棒的制導(dǎo)與控制方案:為實(shí)現(xiàn)定時(shí)著陸目標(biāo),對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降階處理,簡(jiǎn)化控制問題,設(shè)計(jì)多滑模制導(dǎo)律;為充分發(fā)揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制能力,實(shí)現(xiàn)快速著陸目標(biāo),保證滑模變量平滑變化,設(shè)計(jì)高階滑模制導(dǎo)律。最后,針對(duì)小行星著陸探測(cè)器動(dòng)力下降段進(jìn)行標(biāo)稱軌道制導(dǎo)律設(shè)計(jì)。在規(guī)劃了多項(xiàng)式形式的標(biāo)稱軌道的基礎(chǔ)上,為保證著陸探測(cè)器快速跟蹤上標(biāo)稱軌道的同時(shí)具有一定的抗干擾能力,含有盡可能少的制導(dǎo)律可調(diào)參數(shù),本文設(shè)計(jì)一種解析表達(dá)且計(jì)算量小的非線性廣義預(yù)測(cè)制導(dǎo)律。
【關(guān)鍵詞】：小行星 軟著陸 動(dòng)力下降段 球諧系數(shù) 制導(dǎo)與控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 小行星探測(cè)活動(dòng)發(fā)展歷史11-12
• 1.2.2 小行星重力場(chǎng)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 小行星軟著陸動(dòng)力下降段制導(dǎo)律研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 第2章 小行星著陸探測(cè)器動(dòng)力學(xué)建模17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 動(dòng)力下降段軌道約束分析17
• 2.3 著陸探測(cè)器定點(diǎn)軟著陸動(dòng)力學(xué)建模17-19
• 2.4 小行星重力場(chǎng)建模方法19-25
• 2.4.1 球諧系數(shù)方法19-20
• 2.4.2 多面體模型方法20-21
• 2.4.3 數(shù)值仿真及分析21-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 小行星重力場(chǎng)全球及局部球諧系數(shù)計(jì)算26-39
• 3.1 引言26
• 3.2 基于多面體模型的球諧系數(shù)求取方式26-27
• 3.3 小行星全球球諧系數(shù)27-33
• 3.3.1 多面體模型面數(shù)選取28-29
• 3.3.2 檢驗(yàn)點(diǎn)選取方式29-31
• 3.3.3 多面體模型劃分形式31-32
• 3.3.4 數(shù)值仿真及分析32-33
• 3.4 局部球諧系數(shù)33-38
• 3.4.1 Brillouin球域外局部球諧系數(shù)34-36
• 3.4.2 Brillouin球域內(nèi)局部球諧系數(shù)36-37
• 3.4.3 數(shù)值仿真及分析37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第4章 動(dòng)力下降段顯式制導(dǎo)律設(shè)計(jì)39-53
• 4.1 引言39
• 4.2 動(dòng)力下降段多滑模制導(dǎo)律設(shè)計(jì)39-45
• 4.2.1 多滑模控制方法39-40
• 4.2.2 多滑模制導(dǎo)律設(shè)計(jì)40-42
• 4.2.3 數(shù)值仿真及分析42-45
• 4.3 動(dòng)力下降段高階滑模制導(dǎo)律設(shè)計(jì)45-52
• 4.3.1 高階滑�？刂品椒ê�(jiǎn)介45-46
• 4.3.2 高階滑模制導(dǎo)律設(shè)計(jì)46-48
• 4.3.3 數(shù)值仿真及分析48-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第5章 動(dòng)力下降段標(biāo)稱軌道制導(dǎo)律設(shè)計(jì)53-70
• 5.1 引言53
• 5.2 多項(xiàng)式形式的標(biāo)稱軌道規(guī)劃53-56
• 5.2.1 標(biāo)稱軌道規(guī)劃53-54
• 5.2.2 數(shù)值仿真結(jié)果及分析54-56
• 5.3 廣義預(yù)測(cè)控制方法56-69
• 5.3.1 NGPC算法57-60
• 5.3.2 標(biāo)稱軌道制導(dǎo)律設(shè)計(jì)60-63
• 5.3.3 數(shù)值仿真結(jié)果及分析63-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 致謝77

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙海斌;徐偉彪;馬月華;;小行星深空探測(cè)的科學(xué)目標(biāo)與探測(cè)計(jì)劃[A];中國(guó)宇航學(xué)會(huì)深空探測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第一屆學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

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本文編號(hào)：648274