软着陆小行星探测器制导与优化控制方法研究

发布时间：2017-10-29 09:23

  本文关键词：软着陆小行星探测器制导与优化控制方法研究

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【摘要】：软着陆小行星问题是人类进行深空探测所面临的关键性难题,而探测器的精准制导与控制则是保证安全软着陆小行星的关键性技术,本文首先系统总结了该领域的研究现状,然后根据深空环境下探测器动力学特性,应用非奇异Terminal滑模变结构轨迹跟踪的控制方法,并利用RBF神经网络反馈调节对系统不确定项和未知干扰进行在线实时补偿。依照垂直着陆、着陆时速度为零或在可接受范围内以及系统稳定的任务要求,针对小行星着陆器安全垂直软着陆的制导与控制方法,进行了深入的研究。首先,对小行星探测器着陆段的动力学行为进行分析,并定义了相关坐标系。由于小行星非球形的特点,将其近似为三轴椭球体,采用球谐级数展开的方法,建立了小行星的四阶引力势函数模型；然后,假定小行星匀速自转,并考虑探测器受到太阳光压和第三体引力摄动的影响因素,分别建立固连坐标系和球坐标系下的三维轨道动力学模型。其次,分析在着陆环境中探测器的动力学特性,设计了探测器下降段制导律。根据系统非线性特点,设计了燃料次最优多项式标称轨迹制导方法。根据动力下降段发动机的制动特性,提出了非奇异Terminal滑模控制方法,保证探测器平稳快速下降。最后,针对小行星探测器着陆过程系统的强扰动非线性特点,提出了一种基于RBF神经网络的非奇异Terminal滑模的优化控制方法。控制器采用非奇异Terminal滑模面,将着陆过程中探测器受到的不确定项和未知干扰影响利用RBF神经网络实现在线实时补偿,减小了系统的抖振,有效地抑制外界干扰对系统的影响,确保探测器运动最终时刻速度为零,实现针对使用传统滑模控制方法的改良,从而保证探测器快速、准确、安全地降落小行星表面。
【关键词】：小行星 软着陆 非奇异 Terminal滑模控制 RBF神经网络
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-18
• 1.1 课题研究背景以及意义6-9
• 1.1.1 课题研究背景6-7
• 1.1.2 探测器软着陆小行星的研究意义7-9
• 1.2 小行星探测的国内外发展现状与展望9-14
• 1.2.1 深空探测活动的总结与回顾9-11
• 1.2.2 国外小行星探测现状及展望11-13
• 1.2.3 国内小行星探测现状和发展趋势13-14
• 1.3 探测器下降着陆段制导与优化控制技术研究现状14-16
• 1.3.1 探测器下降着陆段制导方法研究现状14-15
• 1.3.2 探测器优化控制方法研究现状15-16
• 1.4 研究内容及章节安排16-18
• 第二章 弱引力场中探测器着陆段动力学模型建立18-26
• 2.1 目标小行星引力势能计算18-23
• 2.1.1 小行星引力场模型建立18-19
• 2.1.2 引力势函数计算19-21
• 2.1.3 小行星引力势能的计算21-23
• 2.2 探测器轨道动力学模型建立23-25
• 2.2.1 空间坐标系的建立及其转化关系23-24
• 2.2.2 探测器轨道动力学方程的建立24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 探测器制导方法与Terminal滑模控制律设计26-38
• 3.1 软着陆制导方法研究26-27
• 3.2 标称轨迹制导律27-29
• 3.2.1 最优化问题描述27-28
• 3.2.2 标称轨迹设计28-29
• 3.3 滑模变结构控制方法研究29-32
• 3.3.1 滑模变结构控制原理介绍29-30
• 3.3.2 滑模变结构控制设计方法研究30-31
• 3.3.3 滑模变结构控制方法的应用31-32
• 3.4 非奇异Terminal滑模控制律设计32-35
• 3.5 仿真结果分析35-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 基于RBF神经网络的Terminal滑模优化控制方法38-46
• 4.1 RBF神经网络方法研究38-41
• 4.1.1 神经网络方法概述38
• 4.1.2 RBF神经网络学习方法特点38-41
• 4.2 基于RBF神经网络的Terminal滑模控制器设计41-43
• 4.3 仿真实验与结果分析43-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 全文总结46-47
• 致谢47-48
• 参考文献48-52
• 作者简介52
• 攻读硕士研究成果52-53

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王大轶,李铁寿,马兴瑞,严辉;月球软着陆的显式制导控制研究[J];高技术通讯;2000年07期

2 曲向芳;;日本“隼鸟”探测器的坎坷之旅[J];国际太空;2006年03期

3 Wei-Duo Hu;D.J.Scheeres;;Averaging analyses for spacecraft orbital motions around asteroids[J];Acta Mechanica Sinica;2014年03期

4 司马;;世界掀起小行星探测新高潮[J];国际太空;2014年02期

5 刘兴隆;曾立民;陆思华;于雪娜;;大气中挥发性有机物在线监测系统[J];环境科学学报;2009年12期

6 张振江;崔祜涛;任高峰;;不规则形状小行星引力环境建模及球谐系数求取方法[J];航天器环境工程;2010年03期

7 ;Investigation on the development of deep space exploration[J];Science China(Technological Sciences);2012年04期

8 张明国;耿云海;贾琳恒;;基于RBF网络上界自适应学习的预警卫星滑模控制[J];吉林大学学报(工学版);2007年04期

9 李勇;樊丁;;基于RBF神经网络的航空发动机模糊滑模控制研究[J];计算机测量与控制;2013年03期

10 江秀强;谭飞;;深空软着陆制导控制的建模与仿真[J];四川理工学院学报(自然科学版);2010年05期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 单永正;月球探测器软着陆的制导问题研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

2 田阳;行星着陆器自主导航与控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 冯金超;基于RBF神经网络控制器设计与研究[D];哈尔滨理工大学;2010年

2 蔡艳芳;月球探测器软着陆制导控制方法研究[D];西北工业大学;2006年

3 孙天放;不规则小行星着陆器制导与控制方法研究[D];长春工业大学;2013年

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本文编号：1112401