本文關(guān)鍵詞：小行星探測(cè)器著陸段自主導(dǎo)航與控制方法的研究

  更多相關(guān)文章： 小行星 軟著陸 超曲面終端滑模 自主導(dǎo)航

【摘要】：本課題來(lái)源于國(guó)家科技部“973”計(jì)劃子課題“不規(guī)則弱引力場(chǎng)中探測(cè)器運(yùn)動(dòng)行為分析與著陸控制”。導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制作為遠(yuǎn)太空探測(cè)最基本也是最核心的一項(xiàng)技術(shù),不僅影響航天器整體性能,而且對(duì)探測(cè)任務(wù)能否順利完成至關(guān)重要。由于著陸采樣在人類實(shí)施行星探測(cè)任務(wù)中有著重要的研究?jī)r(jià)值,因此小行星軟著陸技術(shù)成為近幾年的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。依據(jù)航天器軟著陸過(guò)程特點(diǎn)及控制要求,本文針對(duì)航天器導(dǎo)航及控制方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究和探索。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:首先,剖析著陸過(guò)程中航天器的動(dòng)力學(xué)行為,在研究基本運(yùn)動(dòng)理論-牛頓運(yùn)動(dòng)定律和數(shù)學(xué)知識(shí)原理-相對(duì)微分原理的基礎(chǔ)上,綜合考慮小行星弱引力場(chǎng)所產(chǎn)生的不規(guī)則引力以及星體自旋等因素,推導(dǎo)出軌道動(dòng)力學(xué)模型。其次,針對(duì)航天器著陸任務(wù)導(dǎo)航精度要求,考慮探測(cè)小行星系統(tǒng)非線性等特性,提出一種光學(xué)導(dǎo)航信息輔助慣性測(cè)量單元組合導(dǎo)航方式。建立了慣性測(cè)量與光學(xué)測(cè)量模型,同時(shí)以目標(biāo)著陸點(diǎn)作為參考點(diǎn),推導(dǎo)了自主導(dǎo)航濾波模型,提出基于強(qiáng)跟蹤的容積卡爾曼導(dǎo)航濾波器,在導(dǎo)航系統(tǒng)有不確定項(xiàng)時(shí)能夠保持其估計(jì)性能,進(jìn)而計(jì)算出航天器所在位置以及自身的姿態(tài)狀態(tài),同時(shí),減小測(cè)量噪聲干擾。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所提出的導(dǎo)航方法的有效性和濾波器的優(yōu)越性。最后,對(duì)比研究了著陸段的多種控制策略。為減少航天器燃料耗損,基于燃料次最優(yōu)理論對(duì)航天器標(biāo)稱軌跡進(jìn)行規(guī)劃,同時(shí)給出其標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)方法。針對(duì)探測(cè)器控制系統(tǒng)非線性特點(diǎn)和滑模變結(jié)構(gòu)控制存在抖振、軌跡跟蹤收斂速度慢的問(wèn)題,詳細(xì)研究了雙冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制方法及其控制性能,提出了基于雙冪次趨近律的超曲面滑模控制方法。同時(shí)針對(duì)動(dòng)力學(xué)模型中不確定項(xiàng)與干擾項(xiàng),重構(gòu)復(fù)合干擾項(xiàng),給出了簡(jiǎn)單有效的干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法,并對(duì)其估計(jì)補(bǔ)償。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的控制策略能夠保證航天器規(guī)劃軌跡的快速跟蹤,且使航天器降落過(guò)程平穩(wěn)、準(zhǔn)確。
【關(guān)鍵詞】：小行星 軟著陸 超曲面終端滑模 自主導(dǎo)航
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(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3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 課題研究背景及意義7-8
• 1.2 小行星探測(cè)發(fā)展概述8-11
• 1.3 深空探測(cè)自主導(dǎo)航與控制方法研究現(xiàn)狀11-14
• 1.4 本文主要內(nèi)容及章節(jié)安排14-15
• 第二章 弱引力環(huán)境下探測(cè)器動(dòng)力學(xué)模型建立15-26
• 2.1 探測(cè)器著陸階段和動(dòng)力學(xué)行為分析15-16
• 2.2 小行星引力勢(shì)模型16-20
• 2.3 探測(cè)器軌道動(dòng)力學(xué)20-23
• 2.3.1 坐標(biāo)系定義及轉(zhuǎn)換關(guān)系20-21
• 2.3.2 著陸段動(dòng)力學(xué)方程21-23
• 2.4 探測(cè)器著陸段的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)23-25
• 2.4.1 探測(cè)器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)23-25
• 2.4.2 探測(cè)器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型建立25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第三章 光學(xué)量測(cè)信息輔助慣性導(dǎo)航方法研究26-40
• 3.1 自主導(dǎo)航系統(tǒng)26-27
• 3.2 光學(xué)慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)27-30
• 3.2.1 光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)27-29
• 3.2.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)29-30
• 3.3 探測(cè)器自主導(dǎo)航濾波模型30-31
• 3.4 基于強(qiáng)跟蹤的容積卡爾曼導(dǎo)航濾波器的設(shè)計(jì)31-37
• 3.4.1 強(qiáng)跟蹤濾波器性能分析32-35
• 3.4.2 強(qiáng)跟蹤容積卡爾曼濾波器設(shè)計(jì)35-37
• 3.5 仿真實(shí)驗(yàn)研究37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第四章 小行星探測(cè)器著陸段控制方法研究40-57
• 4.1 探測(cè)器制導(dǎo)律方法研究40-42
• 4.1.1 常用制導(dǎo)方法40-41
• 4.1.2 標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)律設(shè)計(jì)41-42
• 4.2 基于雙冪次趨近律的超曲面終端滑�？刂�42-51
• 4.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制基本理論42-47
• 4.2.2 非線性超曲滑模面設(shè)計(jì)47-48
• 4.2.3 終端滑�？刂破髟O(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析48-50
• 4.2.4 雙冪次終端滑�？刂破髟O(shè)計(jì)50-51
• 4.3 非線性干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)51-54
• 4.4 仿真實(shí)驗(yàn)研究54-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第五章 全文總結(jié)57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 作者簡(jiǎn)介63
• 攻讀碩士研究成果63

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 左文輯,宋福香;微小衛(wèi)星磁測(cè)自主導(dǎo)航方法[J];宇航學(xué)報(bào);2000年02期

2 張艷;張育林;;基于星間測(cè)量的異構(gòu)星座自主導(dǎo)航方法研究[J];宇航學(xué)報(bào);2005年S1期

3 葉飚;楊博;;一種采用衰減記憶濾波的環(huán)月航天器自主導(dǎo)航方法研究[J];宇航學(xué)報(bào);2006年05期

4 葉飚;楊博;;一種強(qiáng)跟蹤非線性衰減濾波的環(huán)月自主導(dǎo)航方法研究[J];航天控制;2009年03期

5 常曉華;崔平遠(yuǎn);崔祜濤;;基于太陽(yáng)觀測(cè)的深空巡航段自主導(dǎo)航方法研究[J];宇航學(xué)報(bào);2010年04期

6 張偉;陳曉;尤偉;張嵬;方寶東;;光譜紅移自主導(dǎo)航新方法[J];上海航天;2013年02期

7 吳雙卿;龍華保;張衛(wèi)華;;光學(xué)自主導(dǎo)航圖像信息測(cè)量方法研究[J];上海航天;2013年05期

8 曹夢(mèng)龍;于鐳;;圖像智能識(shí)別技術(shù)在圖像自主導(dǎo)航中的應(yīng)用[J];控制工程;2006年S2期

9 曹輝;熊智;郁豐;王丹;;星座自主導(dǎo)航可視化仿真與分析系統(tǒng)的研制[J];航空電子技術(shù);2008年02期

10 裴�？�;居鶴華;崔平遠(yuǎn);;基于天文與速度聯(lián)合觀測(cè)的月球車自主導(dǎo)航方法[J];宇航學(xué)報(bào);2009年02期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 葛之江;尤紅建;殷禮明;林宗堅(jiān);張q，

本文編號(hào)：967536