弱引力场小行星探测器的姿轨控制研究

发布时间：2017-09-23 15:19

  本文关键词：弱引力场小行星探测器的姿轨控制研究

  更多相关文章： 小行星 软着陆 自适应模糊滑模 自抗扰控制

【摘要】：深空探测技术作为国家重点发展的课题之一,本文在国内外众多研究的基础上,研究了不规则引力场中探测器动力下降、软着陆的轨迹和姿态控制。首先,针对航天器在下降时的轨迹动力学方程以及着陆时的姿态动力学和运动学方程进行建模与分析。由于本文所研究的小天体存在着形状没有一定的规律,相比于其他天体其引力场不强等特点,因此,本文采用球谐级数法表述小天体的引力势能,但是由于建模不确定性以及太阳光压等干扰影响的存在,根据航天器的运动行为分析,在小天体轨道坐标系下建立了动力学方程。在姿态建模中,将弱引力场、不确定性等作为干扰处理,应用Euler角和罗德里格斯参数(Rodriguez)方法分别对航天器姿态运动学和动力学进行建模。其次,对于探测器软着陆弱引力场不规则小行星的轨迹控制方面的研究,本文提出了基于模糊滑模的控制方法,并应用自适应策略实时地进行数据更新。根据三次多项式方法设计标称轨迹,考虑到探测器的轨道动力学模型的不确定性,引入自适应项并结合模糊积分滑模策略对探测器进行控制,同时采用鲁棒项,抵消了在这过程中产生的偏差。该方法在保证对标称轨迹跟踪的快速精确性的同时,增强了控制系统的鲁棒性,提高了探测器软着陆小行星轨迹控制的动态性能。最后利用仿真证明了控制律的可行性和有效性。最后,为了实现对航天器姿态的控制,本文设计了自抗扰控制策略。文中采用跟踪微分器处理其过渡过程,获得微分指令；在此基础上研究扩张状态观测器,对探测器姿态的不确定项及内外扰动进行预估,实现闭环控制；采用非线性反馈控制策略,抑制扩张状态观测器的误差。并设计常用的PD控制器与ADRC相互对照,最后仿真验证自抗扰控制相对于PD控制的优越性。
【关键词】：小行星 软着陆 自适应模糊滑模 自抗扰控制
【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】：V476;V448.2
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 课题背景及研究目的和意义7-9
• 1.1.1 课题来源7
• 1.1.2 研究背景和意义7-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 引力场及动力学模型的国内外研究现状9-10
• 1.2.2 轨迹控制的国内外研究现状10-11
• 1.2.3 姿态控制的国内外研究现状11-13
• 1.3 本文主要章节安排13-14
• 第二章 小行星探测器动力学建模14-23
• 2.1 坐标系的建立14-15
• 2.2 探测器轨道动力学建模15-16
• 2.3 小行星引力场建模16-18
• 2.4 探测器姿态动力学建模18-22
• 2.4.1 姿态运动学方程18
• 2.4.2 姿态动力学方程18-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 基于自适应模糊滑模的探测器轨迹控制23-33
• 3.1 模糊滑模控制概述23-25
• 3.2 控制器的设计及稳定性分析25-28
• 3.2.1 标称轨迹的设计25-26
• 3.2.2 模糊系统描述26
• 3.2.3 模糊积分滑模控制器的设计26-27
• 3.2.4 稳定性分析27-28
• 3.3 仿真分析28-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 基于ADRC的探测器姿态控制33-41
• 4.1 自抗扰控制方法研究33-34
• 4.2 姿态控制算法设计34-37
• 4.2.1 PD控制器的设计34-35
• 4.2.2 TD安排过渡过程35-36
• 4.2.3 扩张状态观测器ESO36
• 4.2.4 非线性反馈控制器AFC36-37
• 4.3 仿真分析37-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第五章 全文总结41-43
• 致谢43-44
• 参考文献44-49
• 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10条

1 徐伟彪,赵海斌;小行星深空探测的科学意义和展望[J];地球科学进展;2005年11期

2 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

3 刘克平;曾建鹏;赵博;李元春;;基于Terminal滑模的小行星探测器着陆连续控制[J];北京航空航天大学学报;2014年10期

4 段广仁;钟震;姜苍华;;航天器的一种无源自适应姿态控制方法[J];哈尔滨工业大学学报;2011年05期

5 崔祜涛;张振江;余萌;;多面体模型的Eros433引力场计算与分析[J];哈尔滨工业大学学报;2012年03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 杨勇;杨博;;Terminal变结构控制的月球软着陆姿态控制律设计[J];航天控制;2010年04期

8 Ahcene Boubakir;Fares Boudjema;Salim Labiod;;A Neuro-fuzzy-sliding Mode Controller Using Nonlinear Sliding Surface Applied to the Coupled Tanks System[J];International Journal of Automation & Computing;2009年01期

9 赖爱芳;郭毓;郑立君;;航天器姿态机动及稳定的自抗扰控制[J];控制理论与应用;2012年03期

10 丛炳龙;刘向东;陈振;;一种改进的自适应滑模控制及其在航天器姿态控制中的应用[J];控制与决策;2012年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 程少华;深空探测器姿态控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

，

本文编号：905977