火星近火点捕获制动姿轨一体化控制

发布时间：2017-10-18 02:28

  本文关键词：火星近火点捕获制动姿轨一体化控制

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【摘要】：随着印度火星探测任务的成功,我国的火星探测计划也逐步走上日程。本文以工程项目“火星近火点捕获制动工程技术研究”为背景,创新点在于:第一,将粒子群优化方法用于有限推力火星近火点捕获制动策略参数优化中,解决了有近火点高度约束和远火点高度约束的点火制动参数优化的问题;第二,推导建立了大推力条件下的充液挠性航天器姿轨耦合动力学模型,进行了姿轨耦合控制仿真。本论文以火星探测器近火点捕获制动策略和姿轨耦合控制问题为中心展开研究,内容分为以下四个部分:首先,建立了多天体影响下的轨道动力学模型,并基于这些轨道动力学模型设计了地球逃逸轨道、日心过渡轨道和火星进入轨道,并根据任务要求设计了捕获制动后的环火星大椭圆轨道。其次,设计了惯性常姿态控制策略、沿迹反方向控制策略和常值角速率控制策略,应用粒子群优化算法对惯性常姿态控制策略、沿迹反方向控制策略和常值角速率控制策略的捕获制动的点火时刻、点火时长,推力方向角等参数进行了迭代寻优,并将优化结果用于捕获制动段轨道控制的仿真分析。然后,推导了挠性探测器的姿态动力学模型,基于该姿态动力学模型,应用拟欧拉角和相平面控制方法进行了姿态机动控制仿真,利用脉宽脉频(PWPF)调制技术和比例-积分-微分(PID)控制器进行了姿态保持控制仿真。最后,推导了大推力制动过程中的充液挠性探测器的姿轨耦合动力学模型,在有姿态测量误差和推力偏心影响下,对捕获制动全程进行了仿真分析。本论文研究成果可以用于课题工作的借鉴和后续研究工作的参考。
【关键词】：火星捕获制动 捕获制动策略 挠性振动 液体晃动 姿轨耦合
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 国外火星探测发展现状10-12
• 1.2.2 国内月球探测发展现状12-13
• 1.2.3 捕获制动技术发展现状13-15
• 1.2.4 充液挠性航天器建模发展现状15
• 1.2.5 姿态/轨道一体化控制发展现状15-16
• 1.3 论文主要研究内容和结构16-18
• 第2章 火星探测器入轨及捕获轨道设计18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 坐标系的定义与转换关系18-20
• 2.2.1 火星J2000.0 平赤道惯性坐标系18
• 2.2.2 日心J2000.0 黄道惯性坐标系18
• 2.2.3 地球J2000.0 平赤道惯性坐标系18-19
• 2.2.4 坐标转换关系19-20
• 2.3 轨道动力学模型20-22
• 2.3.1 地心轨道动力学模型20-21
• 2.3.2 日心轨道动力学模型21-22
• 2.3.3 火心轨道动力学模型22
• 2.4 入轨轨道设计22-28
• 2.4.1 窗口搜索22-25
• 2.4.2 入轨轨道粗搜索25-26
• 2.4.3 入轨轨道精确搜索26-28
• 2.5 捕获制动轨道设计28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 火星近火点有限推力捕获控制策略31-49
• 3.1 引言31
• 3.2 粒子群算法31-32
• 3.3 惯性常姿态控制策略32-38
• 3.3.1 算法参数设置34-35
• 3.3.2 仿真算例35-38
• 3.4 沿迹反方向控制策略38-43
• 3.4.1 算法参数设置39-40
• 3.4.2 仿真算例40-43
• 3.5 常值角速率控制策略43-48
• 3.5.1 算法参数设置43-44
• 3.5.2 仿真算例44-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 挠性火星探测器的姿态控制49-65
• 4.1 引言49
• 4.2 坐标系的定义与转换关系49-50
• 4.2.1 探测器本体坐标系49
• 4.2.2 探测器目标指向坐标系49
• 4.2.3 坐标转换关系49-50
• 4.3 火星探测器姿态动力学模型50-56
• 4.4 姿态控制律56-57
• 4.4.1 姿态机动控制律56-57
• 4.4.2 姿态保持控制律57
• 4.5 主发动机点火前的姿态控制仿真57-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 充液挠性火星探测器姿轨耦合控制65-80
• 5.1 引言65
• 5.2 充液挠性火星探测器姿轨耦合动力学模型65-67
• 5.3 捕获制动姿轨一体化控制仿真67-79
• 5.3.1 惯性常姿态控制策略69-73
• 5.3.2 沿迹反方向控制策略73-76
• 5.3.3 常值角速率控制策略76-79
• 5.4 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-86
• 攻读学位期间发表的学术论文86-88
• 致谢88

【参考文献】

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1 刘s，

本文编号：1052427