本文關(guān)鍵詞：小行星軟著陸動力下降段制導(dǎo)與控制方法研究

  更多相關(guān)文章： 小行星 軟著陸 動力下降段 球諧系數(shù) 制導(dǎo)與控制

【摘要】：小行星探測活動已經(jīng)成為當今深空探測領(lǐng)域的熱點,方興未艾。探測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)則及弱重力場等特殊的性質(zhì),為實現(xiàn)著陸目標,就要求著陸制導(dǎo)律具有較強的魯棒性、自主性和較高的著陸精度。本文以小行星定點軟著陸任務(wù)為背景,將在小行星重力場球諧系數(shù)問題研究的基礎(chǔ)上,對小行星著陸探測器動力下降段的制導(dǎo)律進行研究和設(shè)計。首先,對小行星動力下降段軌道約束進行分析,并在小行星固連坐標系下建立動力下降段三維軌道動力學(xué)方程。為了實現(xiàn)不規(guī)則形狀小行星重力場建模,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球諧系數(shù)的計算和優(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),對小行星多面體模型的劃分形式、面數(shù)的選擇、檢驗點選取方式進行討論和分析。為建立小行星局部重力場模型,提出局部球諧系數(shù)概念,即在該局部空域內(nèi)集中選取檢驗點計算得到的球諧系數(shù),并構(gòu)建一個新的性能指標對其有效性進行評估。然后,針對小行星著陸探測器動力下降段進行顯式制導(dǎo)律設(shè)計。為實現(xiàn)著陸探測器安全準確地定點著陸,并考慮小行星動力學(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)計兩種自主的、魯棒的制導(dǎo)與控制方案:為實現(xiàn)定時著陸目標,對控制系統(tǒng)實現(xiàn)降階處理,簡化控制問題,設(shè)計多滑模制導(dǎo)律;為充分發(fā)揮執(zhí)行機構(gòu)的控制能力,實現(xiàn)快速著陸目標,保證滑模變量平滑變化,設(shè)計高階滑模制導(dǎo)律。最后,針對小行星著陸探測器動力下降段進行標稱軌道制導(dǎo)律設(shè)計。在規(guī)劃了多項式形式的標稱軌道的基礎(chǔ)上,為保證著陸探測器快速跟蹤上標稱軌道的同時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)計一種解析表達且計算量小的非線性廣義預(yù)測制導(dǎo)律。
【關(guān)鍵詞】：小行星 軟著陸 動力下降段 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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 小行星探測活動發(fā)展歷史11-12
• 1.2.2 小行星重力場研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 小行星軟著陸動力下降段制導(dǎo)律研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 第2章 小行星著陸探測器動力學(xué)建模17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 動力下降段軌道約束分析17
• 2.3 著陸探測器定點軟著陸動力學(xué)建模17-19
• 2.4 小行星重力場建模方法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 小行星重力場全球及局部球諧系數(shù)計算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 檢驗點選取方式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 動力下降段顯式制導(dǎo)律設(shè)計39-53
• 4.1 引言39
• 4.2 動力下降段多滑模制導(dǎo)律設(shè)計39-45
• 4.2.1 多滑�？刂品椒�39-40
• 4.2.2 多滑模制導(dǎo)律設(shè)計40-42
• 4.2.3 數(shù)值仿真及分析42-45
• 4.3 動力下降段高階滑模制導(dǎo)律設(shè)計45-52
• 4.3.1 高階滑�？刂品椒ê喗�45-46
• 4.3.2 高階滑模制導(dǎo)律設(shè)計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 動力下降段標稱軌道制導(dǎo)律設(shè)計53-70
• 5.1 引言53
• 5.2 多項式形式的標稱軌道規(guī)劃53-56
• 5.2.1 標稱軌道規(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)測控制方法56-69
• 5.3.1 NGPC算法57-60
• 5.3.2 標稱軌道制導(dǎo)律設(shè)計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71-77
• 致謝77

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙海斌;徐偉彪;馬月華;;小行星深空探測的科學(xué)目標與探測計劃[A];中國宇航學(xué)會深空探測技術(shù)專業(yè)委員會第一屆學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

，

本文編號：648274