不規(guī)則小行星探測(cè)器制導(dǎo)與控制方法研究

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1、Ｉ分類(lèi)號(hào)：ＴＰ２７３單位代碼：１０１９０研究生學(xué)號(hào)：２０１２０３０２５密級(jí)：無(wú)朵來(lái)＜凌欠Ｉ碩女學(xué)位論文不規(guī)則小行星探測(cè)器制導(dǎo)與控制方法研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＧｕｉｄａｎｃｅａｎｄｔｈｅＬａｎｄｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＭｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅＩｒｒｅｇｕｌａｒＡｓｔｅｒｏｉｄＰｒｏｂｅ研究生姓名；王茜茜專(zhuān)業(yè)：控制科學(xué)與工程指導(dǎo)教師姓名：謝慕君指導(dǎo)教師職稱(chēng)：教授２０１５年４月Ａ長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)碩±學(xué)位論文摘要一步了解太陽(yáng)系

2、及宇宙的主要途徑是通過(guò)深空探測(cè)人類(lèi)進(jìn)，也為今后考察、勘探和定居太陽(yáng)系奠定基礎(chǔ)一Ｈ類(lèi)。般將深空探測(cè)分為：月球探測(cè)、行星探測(cè)和星際探測(cè)。本文主要研究小行星探測(cè)器著陸過(guò)程的制導(dǎo)與控制。首先，研究探測(cè)器的動(dòng)力學(xué)方程。考慮到小行星形狀不規(guī)則的特點(diǎn)，根據(jù)球諧系數(shù)與引力勢(shì)能之間的關(guān)系，通過(guò)求解超定線性方程組得到小行星引力場(chǎng)的各階次球諧系數(shù)。文中假定小行星Ｗ均勻的角速度自轉(zhuǎn)，探測(cè)器在受到小行星弱引力場(chǎng)作用的同時(shí)，也考慮了太陽(yáng)光壓和其他星體引為攝動(dòng)的影響。其次，針對(duì)小行星自身形狀不規(guī)則、尺寸小、引力較弱，且探測(cè)器在接近小行星

3、過(guò)程中會(huì)受到太陽(yáng)光壓和第Ｈ體引力攝動(dòng)的影響一，本文設(shè)計(jì)種針對(duì)落角約束的最優(yōu)滑模制導(dǎo)控制律。最優(yōu)滑模制導(dǎo)控制律采用最優(yōu)比例制導(dǎo)律與滑模變結(jié)構(gòu)理論相結(jié)合，對(duì)速度大小和方向進(jìn)行控制。該方法能夠在系統(tǒng)受到太陽(yáng)光壓和第Ｈ體引力攝動(dòng)的情況下，保證視線角速率趨于零，消除視線角速率的穩(wěn)態(tài)震蕩。通過(guò)ＭＡＴＬＡＢ仿真驗(yàn)證可知，本文設(shè)計(jì)的最優(yōu)獵模制導(dǎo)控制律，在考慮著陸過(guò)程中探測(cè)器的燃料消耗、小行星受到引力攝動(dòng)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)視線角速率逐漸接近零。最后，為了實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的安全軟著陸，本文選用了蘭次多項(xiàng)式的標(biāo)稱(chēng)軌跡制導(dǎo)法來(lái)設(shè)計(jì)期望軌跡。

4、設(shè)計(jì)出基于模細(xì)參數(shù)優(yōu)化的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法，采用模糊參數(shù)優(yōu)化策略動(dòng)態(tài)調(diào)整切換增益，實(shí)現(xiàn)在滑模面外時(shí)加快響應(yīng)速度并增強(qiáng)系統(tǒng)克服太陽(yáng)光壓和第Ｈ體引力攝動(dòng)，到達(dá)滑模面時(shí)柔化控制量Ｗ消除抖振的目的。通過(guò)ＭＡＴＬＡＢ仿真驗(yàn)證可知＞１有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，本文設(shè)計(jì)的模糊參數(shù)優(yōu)化滑模變結(jié)構(gòu)控制方法可｜＾化保證趨近運(yùn)動(dòng)快速性并有效的消除斜振，同時(shí)避免了傳統(tǒng)指數(shù)趨近律切換面附近控制力頻繁切換的缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞；軟著陸落角約束視線角速率模糊參數(shù)優(yōu)化Ｉ１長(zhǎng)谷Ｔ業(yè)大學(xué)碩：學(xué)位論文ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍａｉｎｍｅｔｈｏｄ

5、ｏｆｈｕｍａｎｂｅｉｎｇｔｏｅｘｌｏｒｅｔｈｅｓｏｌａｒｓｓｔｅｍａｎｄｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｓｄｅｅｐｙｙｐｓａｃｅｅｘｌｏｒａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｉｓａｌｓｏ化ｅ妃ｕｎｄａｔｉｏ打ｏｆｏｂｓｅｒｖａｔｉｏ打ｅｘｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｐｐ，，ｐｏｆｌ；ｈｅｓｏｌａｒｓｙｓｔｅｍ．Ｄｅｅｐｓｐａｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ：ｍｏｏ打ｅｘｌｏｒａｔｉｏｎｌａ打ｅｔｅｘｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄ

6、ｉｎｔｅｒｓｔｅｌｌａｒｅｘｌｏｒａｔｉｏ打？Ｔｈｉｓａｅｒｓｅｅｋｓ！：〇ｓｔｕｄｔｈｅｐ，ｐｐｐｐｐｙｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄＣＯ打ｔｒｏｌｏｆｌａｎｅｔａｒｄｅｔｅｃｔｏｒｄｕｒｉｎｔｈｅｌａｎｄｉｎｒｏｃｅｓｓ．ｐｙｇ呂ｐＦ’ｒｓｔｌｔｈｅｔｅｃｔｏｒｓｋｉｎｅｔｉｃｅｕａｔｏｎＴｈｅｓｈａｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｒｅｕａｒａｓｔｅｒｏｉｄｉｙ，ｄｅｑｉ．ｐｉｇｌａｒｅｔａｋｅ打ｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ，ｂａｓｅｄｏｎ化ｅｒｅｌａｔｉｏｎｓ

7、ｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｈｅｒｉｃａｌｈａｒｍｏｎｉｃｃｏｅｆｆｉｃｉｅ打ｔｓａｎｄ化ｅｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒ化ｅｏｒｄｅｒｓｈｅｒｉｃａｌｈａｒｍｏｎｉｃｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｇｇｙ，ｐ＇ｏｆｔｈｅａｓｔｅｒｏｉｄｓｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｆｉｅｌｄｃａｎｂｅｓｏｌｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｓｓｔｅｍｏｆｌｉｎｅａｒｙ＇ｅｕａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓａｅｒａｓｓｕｍｅｓｔｈａｔｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｏｆａｓｔｅｒｏｉ

8、ｄｓｒｏｔａｔｉｏｎａｎｕｌａｒｉｓｕｎｉｆｏｒｍｉｔｑｐｐｙ，ｇｙｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｉｓａｆｅｃ１ｔｔｉ１ｉｔｔ；ｅｄｂ１：ｈｅｗｅａｋｒａｖｉａｏｎａｌｆ