小行星探测器动力下降段的控制方法研究

发布时间：2017-08-22 04:29

  本文关键词：小行星探测器动力下降段的控制方法研究

  更多相关文章： 小行星 软着陆 轨迹规划 双零控制

【摘要】：随着科学技术的快速发展,深空探测已成为世界各个国家的热点研究领域,其中小行星探测是深空探测领域最为复杂的任务之一。本论文结合"973"项目的子课题四,对不规则弱引力场中的探测器运动行为进行分析,深入研究了探测器软着陆小行星动力下降段跟踪控制问题,研究内容如下：1.对小行星探测器所处空间的运动学和动力学环境进行了分析。由于目标小行星体积微小且不规则,从而导致探测器所处的环境具有十分复杂的特性。针对这样的特殊性,采取二阶球谐系数展开方法表示弱引力势能以建立小行星引力场模型；然后,本文通过对探测器本身动力学特性的分析,建立了一种基于着陆点坐标系的探测器动力学模型。2.为了实现小行星探测器的软着陆,事先在三轴方向上利用三次多项式分别规划运动的标称轨迹。考虑到系统本身是一个多变量强耦合非线性系统,因此本文设计PID神经网络解耦控制器对其进行控制。仿真结果表明,探测器在三个轴线方向上能快速无误差地跟踪上各自的标称轨迹,从而验证了PID神经网络解耦控制策略对探测器三轴方向运动分别进行控制的方法是可行的,并且控制效果也很理想。3.由于第二部分所建立的模型中存在较大的未知建模项和外界摄动,因此该模型需要控制算法具有较强的鲁棒性。针对此要求,本文提出了一种基于比例积分(PI)观测器的神经网络控制方法,在着陆点坐标系下推导了探测器的动力学方程,并提前规划三轴方向上的标称轨迹使其满足约束条件。采用LMI(线性矩阵不等式)技术设计比例积分观测器,对未知故障进行积分估计并将其引入到控制律中,实现了系统对外界干扰和内部不确定性的补偿。最后,采用神经网络控制算法实现了对小行星探测器的双零控制从而保证了探测器安全软着陆。
【关键词】：小行星 软着陆 轨迹规划 双零控制
【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6-14
• 1.1 课题研究的技术背景及意义6-7
• 1.2 课题相关的基础理论7-9
• 1.2.1 导航、制导与控制7
• 1.2.2 轨道控制7-8
• 1.2.3 航天器动力学理论及其着陆过程8-9
• 1.3 有关不规则小行星探测的研究综述9-12
• 1.3.1 不规则小行星研究现状9-11
• 1.3.2 小行星着陆过程中制导控制算法综述11-12
• 1.4 论文章节主要研究内容12-14
• 第二章 小行星着陆段动力学建模与分析14-23
• 2.1 小行星软着陆过程及轨道动力学行为分析14-16
• 2.1.1 小行星软着陆过程分析14-15
• 2.1.2 小行星轨道动力学行为分析15-16
• 2.2 小行星引力场建模16-20
• 2.2.1 引力场建模方法16-18
• 2.2.2 引力势函数计算18-20
• 2.3 探测器动力学建模20-22
• 2.3.1 坐标系的定义20
• 2.3.2 小行星探测器运行轨道动力学建模分析20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 一种基于PID神经网络的小行星探测器下降段控制方案23-33
• 3.1 PID神经网络的设计23-27
• 3.1.1 单变量神经元系统控制结构23-25
• 3.1.2 多变量PID神经网络控制系统结构及其在线更新算法25-27
• 3.2 标称轨迹规划27-29
• 3.2.1 制导方法研究27-28
• 3.2.2 多项式制导律设计28-29
• 3.3 仿真研究与结果分析29-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 基于PI观测器的小行星探测器下降段神经网络控制33-42
• 4.1 PI观测器的设计33-35
• 4.2 PID神经网络控制系统及算法35-38
• 4.3 仿真结果及其分析38-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 总结42-44
• 致谢44-45
• 参考文献45-49
• 作者简介49
• 攻读硕士研究成果49-50

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 罗松柏;赵永嘉;;月球软着陆动力学分析与仿真[J];北京航空航天大学学报;2012年02期

2 王占山,张化光,黎明,冯健;一类非线性状态观测器的设计[J];东北大学学报;2003年11期

3 崔祜涛,史雪岩,崔平远,李傲霜;软着陆小行星的制导与控制规律研究[J];飞行力学;2002年02期

4 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

5 胡泽新,邵惠鹤;基于神经网络的解耦控制新方法及其应用[J];控制与决策;1993年06期

6 朱恩涌;孙国江;果琳丽;左光;陈冲;;我国小行星探测发展思路及关键技术探讨[J];航天器工程;2012年03期

7 高艾;崔平远;崔祜涛;;深空着陆器对偶控制策略[J];哈尔滨工业大学学报;2012年11期

8 俞盈帆;;日本隼鸟号小行星探测器成败未卜[J];中国航天;2006年02期

9 胡锦昌;张洪华;;月球着陆器最终下降段的制导与控制方法研究[J];宇航学报;2012年11期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 史雪岩;崔祜涛;崔平远;;深空探测器绕飞小天体的轨道动力学分析[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第一届学术会议论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘宇飞;深空自主导航方法研究及在接近小天体中的应用[D];哈尔滨工业大学;2007年

2 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

，

本文编号：717060