本文關(guān)鍵詞：小型月球著陸器主減速段制導(dǎo)方法研究

  更多相關(guān)文章： 月球探測(cè)器 主減速段 有限推力變軌 偽譜法 擬歐拉角

【摘要】：無(wú)人月球探測(cè)器小型化方案是國(guó)際上目前廣泛采用的重要月球探測(cè)方案,小型月球探測(cè)器可搭載高清晰度成像相機(jī)、磁場(chǎng)探測(cè)器等多種輕型載荷,完成科學(xué)目標(biāo)成像、月球水冰探測(cè)、月球溶洞探測(cè)以及月球磁場(chǎng)探測(cè)等科學(xué)目標(biāo)。目前我國(guó)在模塊化、輕小型探測(cè)器研制領(lǐng)域仍處于空白狀態(tài)。因此本文對(duì)國(guó)際上的小型無(wú)人月球探測(cè)器進(jìn)行了調(diào)研,并由此對(duì)配備固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為主發(fā)動(dòng)機(jī)的小型月球探測(cè)器制導(dǎo)與控制方案進(jìn)行了研究。主要工作如下。首先,分析了小型月球探測(cè)器的構(gòu)型特點(diǎn),并在此基礎(chǔ)上建立了小型月球探測(cè)器的導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱GNC系統(tǒng))工作模型和質(zhì)心、姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型。模型中考慮了各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)推力偏心、偏斜產(chǎn)生的影響,并考慮了GNC系統(tǒng)離散的工作特性。然后,對(duì)末端水平速度約束條件下的主減速段制導(dǎo)律進(jìn)行了研究。利用開(kāi)普勒軌道的軌道參數(shù)與末端運(yùn)動(dòng)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,將末端運(yùn)動(dòng)參數(shù)約束轉(zhuǎn)化為軌道參數(shù)約束,從而將軌跡規(guī)劃問(wèn)題轉(zhuǎn)化為有限推力變軌問(wèn)題,進(jìn)而通過(guò)最小二乘修正方法得到制導(dǎo)律。該方法收斂性較好,而且迭代初值均為有實(shí)際意義的物理量,易于猜測(cè)。接下來(lái),對(duì)末端高度約束條件下的主減速段制導(dǎo)律進(jìn)行了研究。首先建立了制導(dǎo)慣性極坐標(biāo)系下的動(dòng)力學(xué)方程,將目標(biāo)約束量作為狀態(tài)量,然后將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)控制問(wèn)題。使用偽譜法可以方便地求出最優(yōu)控制問(wèn)題的解。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)給定發(fā)動(dòng)機(jī)的配置,研究了主減速段航程的取值范圍,并研究了該范圍內(nèi)的軌道特性,得到了一些有用的結(jié)論。最后,針對(duì)制導(dǎo)律標(biāo)稱姿態(tài)變化較快、主發(fā)動(dòng)機(jī)偏心力矩較大的情況設(shè)計(jì)了一種姿態(tài)控制律�？刂坡梢运脑獢�(shù)作為參數(shù),并引入偏差四元數(shù),構(gòu)造擬歐拉角以消除目標(biāo)姿態(tài)的雙值性。并利用攝動(dòng)雙積分系統(tǒng)的時(shí)間最優(yōu)控制設(shè)計(jì)了姿態(tài)控制律。最后,將前文所述的幾種制導(dǎo)律和姿態(tài)控制律代入GNC系統(tǒng)模型進(jìn)行了六自由度仿真,得到了比較接近真實(shí)情況的GNC系統(tǒng)的工作特性。
【關(guān)鍵詞】：月球探測(cè)器 主減速段 有限推力變軌 偽譜法 擬歐拉角
【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】：2016
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題來(lái)源、研究目的和意義9-10
• 1.2 小型月球探測(cè)器項(xiàng)目介紹10-14
• 1.2.1 美國(guó)“通用月球探測(cè)器”項(xiàng)目10-11
• 1.2.2“月球網(wǎng)絡(luò)（ILN）”計(jì)劃11-14
• 1.3 月球探測(cè)器主減速段制導(dǎo)技術(shù)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排17-19
• 第2章 著陸探測(cè)器GNC系統(tǒng)描述19-31
• 2.1 著陸探測(cè)器GNC系統(tǒng)描述19-22
• 2.1.1 著陸探測(cè)器構(gòu)型及飛行過(guò)程描述19-21
• 2.1.2 月球探測(cè)器GNC系統(tǒng)工作流程21-22
• 2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)22-25
• 2.2.1 坐標(biāo)系定義22-24
• 2.2.2 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系24-25
• 2.3 慣性系下質(zhì)心動(dòng)力學(xué)模型25-26
• 2.4 目標(biāo)點(diǎn)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下質(zhì)心動(dòng)力學(xué)模型26-28
• 2.5 姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型28-30
• 2.5.1 動(dòng)力學(xué)模型28-29
• 2.5.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型29-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第3章 水平速度約束條件下的制導(dǎo)律設(shè)計(jì)31-48
• 3.1 終端水平速度約束下主減速段飛行任務(wù)31-32
• 3.2 主減速段目標(biāo)軌道設(shè)計(jì)32-36
• 3.2.1 目標(biāo)點(diǎn)在軌道面內(nèi)的情形33-34
• 3.2.2 目標(biāo)點(diǎn)在軌道面外的情形34-36
• 3.3 終端水平速度約束下的有限推力制導(dǎo)策略36-42
• 3.3.1 共面情形下的制導(dǎo)策略37-40
• 3.3.2 非共面情況下的制導(dǎo)策略40-42
• 3.4 仿真分析42-46
• 3.4.1 共面制動(dòng)情況42-44
• 3.4.2 非共面制動(dòng)情況44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 第4章 末端高度約束條件下的制導(dǎo)律設(shè)計(jì)48-61
• 4.1 末端高度約束的飛行任務(wù)48-49
• 4.2 基于偽譜法的主減速段軌道設(shè)計(jì)49-57
• 4.2.1 問(wèn)題描述49-51
• 4.2.2 可達(dá)區(qū)域的求解51-55
• 4.2.3 帶有航程約束的主減速段軌道設(shè)計(jì)55-57
• 4.3 航程約束對(duì)主減速段運(yùn)動(dòng)的影響57-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第5章 姿態(tài)控制律設(shè)計(jì)及探測(cè)器六自由度仿真61-75
• 5.1 引言61
• 5.2 姿態(tài)跟蹤控制策略61-64
• 5.2.1 控制系統(tǒng)采用的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型62
• 5.2.2 擬歐拉角的定義62-63
• 5.2.3 時(shí)間最優(yōu)的開(kāi)關(guān)控制律63-64
• 5.3 探測(cè)器主減速段六自由度仿真64-74
• 5.3.1 仿真條件64-65
• 5.3.2 約束水平速度的方案仿真65-72
• 5.3.3 約束末端高度的方案仿真72-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-82
• 致謝82

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本文編號(hào)：959561