本文關(guān)鍵詞：空間非合作目標(biāo)接近與姿態(tài)跟蹤控制研究

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【摘要】：隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展,飛行器的姿態(tài)跟蹤控制理論在非合作目標(biāo)的控制領(lǐng)域中具有重要的意義與發(fā)展前景。本文主要以非合作目標(biāo)的姿態(tài)跟蹤與接近為背景,主要研究了空間非合作目標(biāo)的建模和姿態(tài)跟蹤控制算法,針對求解非線性方程的算法進(jìn)行了大量的研究。首先,本文介紹了當(dāng)前國內(nèi)外在姿態(tài)跟蹤控制問題上的研究現(xiàn)狀,考慮到非合作目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不易測算等問題,故在軌道運(yùn)動(dòng)中選擇采用基于視線坐標(biāo)系和地心慣性坐標(biāo)系下的相對運(yùn)動(dòng)模型,在姿態(tài)運(yùn)動(dòng)中選擇采用基于飛行器本體坐標(biāo)系下的相對誤差四元數(shù)模型,從而為實(shí)現(xiàn)對任意初始位置的非合作目標(biāo)進(jìn)行接近及視線跟蹤打下基礎(chǔ)。其次,由于構(gòu)建的模型是較為復(fù)雜的非線性模型,不易解算,故研究一種有效解算非線性方程的算法——SDRE控制算法。然后,考慮到SDRE控制算法在應(yīng)用方面的局限性又深入的討論了求解SDRE方程的兩種控制方法:??D控制算法以及改進(jìn)的牛頓控制算法;比較兩種控制算法發(fā)現(xiàn)??D控制算法在計(jì)算精度允許的條件下求解速度較快,而改進(jìn)的牛頓控制算法解算速度慢于??D控制算法但是優(yōu)于SDRE控制算法,并且其解算精度優(yōu)于??D控制算法。再次,對姿態(tài)跟蹤的非線性模型進(jìn)行偽線性化,分別采用??D控制算法以及改進(jìn)的牛頓控制算法進(jìn)行姿態(tài)跟蹤控制器的設(shè)計(jì)及數(shù)學(xué)仿真,首先進(jìn)行??D控制器以及改進(jìn)的牛頓控制器的設(shè)計(jì)。然后,基于軌道接近和視線跟蹤的聯(lián)合控制非線性模型進(jìn)行??D控制器以及改進(jìn)的牛頓控制器的設(shè)計(jì)和仿真,均能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的控制效果。最后,對地面仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成以及工作特點(diǎn)進(jìn)行研究,以??D控制算法為例設(shè)計(jì)了姿軌聯(lián)合控制的系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)方案。主要確定了子系統(tǒng)相似準(zhǔn)則,設(shè)計(jì)了GNC/動(dòng)力學(xué)仿真子系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的處理流程,最終完成了針對姿態(tài)跟蹤任務(wù)采用??D控制方法的仿真試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：姿態(tài)跟蹤 ??D控制算法 改進(jìn)的牛頓控制算法 地面仿真實(shí)驗(yàn)
【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)】：V448.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 相對運(yùn)動(dòng)建模國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 姿態(tài)跟蹤控制國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.4 航天器仿真技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 空間非合作姿態(tài)跟蹤系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 坐標(biāo)系的建立15-16
• 2.3 軌道運(yùn)動(dòng)模型的建立16-18
• 2.3.1 軌道動(dòng)力學(xué)模型16
• 2.3.2 相對軌道動(dòng)力學(xué)模型16-18
• 2.4 姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型的建立18-22
• 2.4.1 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程18-19
• 2.4.2 歐拉角與歐拉四元數(shù)轉(zhuǎn)換19-20
• 2.4.3 姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程20-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第3章 姿態(tài)跟蹤控制算法23-44
• 3.1 引言23
• 3.2 問題的描述23-24
• 3.3 SDRE控制算法24-26
• 3.3.1 SDRE的基本原理24
• 3.3.2 狀態(tài)方程的偽線性化24-26
• 3.3.3 SDRE控制算法小結(jié)26
• 3.4 q-D控制算法26-36
• 3.4.1 李雅普諾夫函數(shù)的解析解26-27
• 3.4.2 q-D控制算法27-29
• 3.4.3 q-D控制算法仿真研究29-33
• 3.4.4 q-D控制算法穩(wěn)定性證明33-35
• 3.4.5 q-D控制算法小結(jié)35-36
• 3.5 改進(jìn)的牛頓控制算法36-43
• 3.5.1 引言36
• 3.5.2 擬牛頓法(Quasi-Newton)36-38
• 3.5.3 改進(jìn)的牛頓控制算法38-39
• 3.5.4 改進(jìn)的牛頓法仿真研究39-41
• 3.5.5 改進(jìn)的牛頓法與 q -D控制算法仿真結(jié)果對比41-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第4章 非合作目標(biāo)姿態(tài)跟蹤控制解算44-59
• 4.1 引言44
• 4.2 q-D控制算法的數(shù)學(xué)仿真44-47
• 4.2.1 偽線性化動(dòng)態(tài)方程44-45
• 4.2.2 q-D算法求取姿態(tài)跟蹤控制器45
• 4.2.3 仿真研究45-47
• 4.3 姿態(tài)跟蹤控制改進(jìn)牛頓算法的數(shù)學(xué)仿真47-49
• 4.3.1 改進(jìn)的牛頓控制算法求取姿態(tài)跟蹤控制器47-48
• 4.3.2 仿真結(jié)果分析48-49
• 4.4 伴有軌道接近的姿態(tài)跟蹤控制算法的數(shù)學(xué)仿真49-58
• 4.4.1 偽線性化動(dòng)態(tài)方程50-51
• 4.4.2 q-D算法求取姿態(tài)跟蹤控制器及數(shù)學(xué)仿真51-55
• 4.4.3 改進(jìn)的牛頓控制算法求取姿態(tài)跟蹤控制器及數(shù)學(xué)仿真55-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第5章 姿態(tài)跟蹤控制半物理仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)59-67
• 5.1 引言59
• 5.2 地面仿真系統(tǒng)簡介59-60
• 5.3 跟蹤控制系統(tǒng)中縮比的確定60-63
• 5.4 姿態(tài)跟蹤半物理仿真實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)63-65
• 5.4.1 運(yùn)動(dòng)模擬器的指標(biāo)要求63
• 5.4.2 q-D控制算法的動(dòng)力學(xué)與GNC導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算流程63-65
• 5.4.3 測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理65
• 5.5 本章小結(jié)65-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果75-77
• 致謝77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：898398