不规则弱引力场小行星探测器软着陆轨迹优化控制研究

发布时间：2017-01-05 12:03

本文关键词：小行星探测器的轨道设计与控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

《长春工业大学》 2015年

王宏

【摘要】：随着国内外深空探测技术的不断发展,小行星探测也取得了一定进展。本论文对小行星探测器下降段轨迹进行优化研究,实现燃料最优的目标。考虑下降过程中第三天体引力以及不确定性,用多项式拟合上述优化轨迹,并进行跟踪控制。具体的研究工作可归纳为以下三方面：首先,考虑小行星具有体积小、形状不规则、弱引力场等特性,把小行星近似的看成三轴椭球体,并采用球谐系数法建立小行星的弱引力场模型；随后鉴于探测器下降过程的空间环境特征,在固连坐标系下建立了小天体的动力学模型,其中考虑太阳光压,第三天体引力等不确定因素。其次,以燃料最优为目标对小行星探测器的下降轨迹进行优化。根据此连续最优控制问题的特点,采用轨迹优化方法直接法中的高斯伪谱法对问题进行离散,转化成受代数约束的非线性规划问题,并用序列二次规划算法进行求解。本论文在轨迹优化的设计中考虑了太阳光压,分别用常推力与变推力两种策略进行轨迹的优化,仿真结果表明了两种方法均能实现燃料最优的优化目标,并且小行星能够安全的下降。最后,针对探测器在动力下降段的特点,采用三次多项式拟合得到标称轨迹,然后对此标称轨迹进行跟踪控制。在轨迹跟踪控制阶段,将第三天体引力以及不确定性考虑在内,使其更接近实际的空间环境。由于滑模变结构控制方法具有很强的鲁棒性,故采用了基于指数趋近律的滑模变结构控制器来进行对标称轨迹的跟踪,仿真结果表明此方法能够平稳的跟踪下降轨迹,验证了该方法的有效性。

【关键词】：
【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;V525
【目录】：

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