火星进入段轨迹优化及跟踪控制

发布时间：2021-10-09 07:24

　　火星着陆过程主要可以分为火星进入、下降和着陆三个阶段,火星进入段是指探测器从进入火星大气层开始,到降落伞开启时结束。由于火星大气进入段过程的气动环境是整个火星探测着陆过程中最严苛的,在火星大气进入阶段施加有效的制导控制是目前提高最终着陆精度最为有效的手段之一,因此为了提高火星探测器的着陆精度,本文对火星大气进入段的轨迹优化问题及跟踪制导算法展开研究。具体内容如下:提出了一种标准粒子群初值优化和hp自适应Radau伪谱法轨迹优化相结合的参考轨迹优化方法。基于对火星大气进入段动力学模型的分析并考虑到火星大气进入段过程受到的初终值、边界及安全性等约束,以燃料最优为性能指标,首先采用标准粒子群算法对经纬度、航迹角、偏航角以及倾侧角的初值进行优化,然后将优化得到的初值应用到hp自适应Radau伪谱法中,求解出一条既符合约束又使性能指标达到最优的火星大气进入段参考轨迹。以倾侧角的余弦值作为控制量,引入一种终端滑模控制算法并对算法进行改进使其适用于火星大气进入段:引入饱和控制对控制量边界进行限制;为解决滑模控制固有的抖振问题,引入双曲正切函数替换滑模面及控制器中的符号函数;为防止倾侧角出现突变,对倾... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究的目的与意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究的目的与意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 火星进入段轨迹优化
        1.2.2 参考轨迹跟踪制导算法
        1.2.3 研究现状总结
    1.3 论文主要内容及章节安排
第2章 火星探测器大气进入段动力学模型分析
    2.1 坐标系定义及变换关系
    2.2 火星环境模型
    2.3 火星探测器大气进入段动力学模型
        2.3.1 质心运动的动力学方程
        2.3.2 质心运动的运动学方程
        2.3.3 三自由度模型及模型简化
    2.4 本章小结
第3章 火星探测器大气进入段轨迹优化
    3.1 基于标准粒子群算法的初值优化
        3.1.1 算法概述
        3.1.2 算法实现
        3.1.3 仿真分析
    3.2 基于hp自适应Radau伪谱法的进入段轨迹优化
        3.2.1 算法概述
        3.2.2 算法实现
        3.2.3 仿真分析
    3.3 本章小结
第4章 火星探测器大气进入段轨迹跟踪控制
    4.1 跟踪控制模型
    4.2 制导算法设计
    4.3 算法性能分析
        4.3.1 制导性能分析
        4.3.2 鲁棒性能分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]火星进入段自主导航技术研究现状与展望[J]. 崔平远,于正湜,朱圣英.  宇航学报. 2013(04)
[2]飞行器轨迹优化方法综述[J]. 陈功,傅瑜,郭继峰.  飞行力学. 2011(04)
[3]基于Gauss伪谱方法的高超声速飞行器再入轨迹快速优化[J]. 雍恩米,唐国金,陈磊.  宇航学报. 2008(06)
[4]月球最优软着陆两点边值问题的数值解法[J]. 王大轶,李铁寿,马兴瑞.  控制工程. 2000(03)

硕士论文
[1]火星大气进入制导方法研究[D]. 甘庆忠.哈尔滨工业大学 2017



本文编号：3425909