小天体附近探测器运动的轨道和姿态控制方法研究
发布时间：2020-12-02 22:25
小天体是指太阳系中除了行星和卫星之外的数不清的小行星和彗星，开展对小天体的探测和深入研究具有重要的理论意义和实际应用价值。大部分小天体的直径在100公里以下，它们距离地球较远，具有尺寸小、引力不规则等特点，探测器在绕飞、接近和着陆小天体过程中还会受到太阳光压、太阳引力等空间多种摄动力影响。可知探测器在小天体附近的动力学模型呈现显著非线性，不确定性和扰动加深了其动力学环境的复杂性。因此，小天体附近探测器运动的自主制导与控制技术是整个探测技术的关键。相比于月球等较大天体，小天体附近探测器运动的制导和控制具有一定的难点，研究成果还较少，目前有很多待解决的问题。比如小天体附近探测器所受到的不规则引力的处理和描述问题、探测器在小天体附近运动的轨道控制、姿态调整和姿轨耦合控制问题。探测器在小天体附近受到的系统不确定性和空间扰动增加了系统动力学分析及控制的复杂性，具有鲁棒性和和自适应性的控制方法是保证探测器成功绕飞、下降和软着陆的关键技术。从国内外的研究现状来看，对于小天体附近探测器运动系统，很多学者从航天领域出发研究导航、轨道机动和设计、基于相对运动模型的轨道控制设计。探测器在小天体附近绕飞及下降...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
小行星Eros433的多面体模型
图 1-2 论文结构安排本文的章节安排如下：第一章 阐述了本文的研究背景及意义，对小天体探测现状以及小天体附近探动的相关技术进行了综述，指出了轨道控制、姿态控制以及姿轨耦合控制方解决的相关问题。第二章 给出了小天体附近不规则引力模型，建立了探测器在小天体附近运动和姿态动力学模型，分析了轨道和姿态的耦合问题，这是全文设计工作的基首先，给出动力学模型表述所必需的空间坐标系，并分析了相关坐标系之间关系。接着，建立了小天体不规则引力和引力力矩模型。根据1.3.1所描述各引力场表述方法的特点，当探测器距离小天体表面较远的绕飞和下降段，采函数方法建立引力场模型，而当探测器距离天体表面较近的最终着陆段则采
图 2.1 常用参考坐标系示意图表示小天体质心到探测器质心的距离， 和 分别度和纬度，小天体绕最大惯量轴的均匀自旋角速度为坐标系OXYZ ：坐标原点O位于小天体质心，参考小天体赤道相对于白道的升交点，OZ 轴指向小天坐标系确定。坐标系oijk ：坐标原点O位于小天体质心，参考平分别指小天体最小惯量轴和最大惯量轴（自转角速确定。假设初始时刻小天体固连坐标系与惯性坐标固连坐标系相对惯性坐标系的转角。坐标系123MO OO：坐标原点M 位于探测器质心，MO心的延伸线方向，1MO 垂直指向运动方向，2MO 按右坐标系123Mb bb：此坐标系与探测器固联在一起，坐标
【参考文献】：
期刊论文
[1]欠驱动航天器相对运动的姿轨耦合控制[J]. 吴锦杰,刘昆,韩大鹏,张峰. 控制与决策. 2014(06)
[2]基于Terminal滑模的小行星探测器着陆连续控制[J]. 刘克平,曾建鹏,赵博,李元春. 北京航空航天大学学报. 2014(10)
[3]The present status and prospects in the research of orbital dynamics and control near small celestial bodies[J]. Pingyuan Cui,Dong Qiao. Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2014(01)
[4]基于对偶四元数的航天器相对位置和姿态耦合控制[J]. 彭智宏,穆京京,张力军,张士峰. 飞行器测控学报. 2013(06)
[5]航天新跨越 中国新高度 嫦娥-2成功探测小行星[J]. 蔡金曼. 国际太空. 2013(01)
[6]基于约束规划的小天体接近段鲁棒制导控制方法[J]. 高艾,崔平远,崔祜涛. 系统工程与电子技术. 2012(05)
[7]On all-propulsion design of integrated orbit and attitude control for inner-formation gravity field measurement satellite[J]. JI Li,LIU Kun & XIANG JunHua Institute of Aerospace and Material Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China(Technological Sciences). 2011(12)
[8]基于非线性干扰观测器的减摇鳍滑模反演控制[J]. 张元涛,石为人,邱明伯. 控制与决策. 2010(08)
[9]基于对偶数的相对耦合动力学与控制[J]. 王剑颖,梁海朝,孙兆伟. 宇航学报. 2010(07)
[10]不规则形状小行星引力环境建模及球谐系数求取方法[J]. 张振江,崔祜涛,任高峰. 航天器环境工程. 2010(03)
博士论文
[1]航天器姿态系统的自适应鲁棒控制[D]. 袁国平.哈尔滨工业大学 2013
[2]航天器近距离运动的鲁棒姿轨联合控制[D]. 张烽.哈尔滨工业大学 2013
[3]近小行星轨道动力学研究及其在引力拖车中的应用[D]. 张振江.哈尔滨工业大学 2011
[4]小天体探测器光学导航与自主控制方法研究[D]. 朱圣英.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]航天器姿态控制的干扰抑制问题研究[D]. 郭敏文.哈尔滨工业大学 2010
[2]登月飞行器软着陆末端姿态控制[D]. 刘晓伟.哈尔滨工业大学 2007
[3]月球探测器月面软着陆姿态控制系统的研究[D]. 雷静.西北工业大学 2006
本文编号：2895661
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
小行星Eros433的多面体模型
图 1-2 论文结构安排本文的章节安排如下：第一章 阐述了本文的研究背景及意义，对小天体探测现状以及小天体附近探动的相关技术进行了综述，指出了轨道控制、姿态控制以及姿轨耦合控制方解决的相关问题。第二章 给出了小天体附近不规则引力模型，建立了探测器在小天体附近运动和姿态动力学模型，分析了轨道和姿态的耦合问题，这是全文设计工作的基首先，给出动力学模型表述所必需的空间坐标系，并分析了相关坐标系之间关系。接着，建立了小天体不规则引力和引力力矩模型。根据1.3.1所描述各引力场表述方法的特点，当探测器距离小天体表面较远的绕飞和下降段，采函数方法建立引力场模型，而当探测器距离天体表面较近的最终着陆段则采
图 2.1 常用参考坐标系示意图表示小天体质心到探测器质心的距离， 和 分别度和纬度，小天体绕最大惯量轴的均匀自旋角速度为坐标系OXYZ ：坐标原点O位于小天体质心，参考小天体赤道相对于白道的升交点，OZ 轴指向小天坐标系确定。坐标系oijk ：坐标原点O位于小天体质心，参考平分别指小天体最小惯量轴和最大惯量轴（自转角速确定。假设初始时刻小天体固连坐标系与惯性坐标固连坐标系相对惯性坐标系的转角。坐标系123MO OO：坐标原点M 位于探测器质心，MO心的延伸线方向，1MO 垂直指向运动方向，2MO 按右坐标系123Mb bb：此坐标系与探测器固联在一起，坐标
【参考文献】：
期刊论文
[1]欠驱动航天器相对运动的姿轨耦合控制[J]. 吴锦杰,刘昆,韩大鹏,张峰. 控制与决策. 2014(06)
[2]基于Terminal滑模的小行星探测器着陆连续控制[J]. 刘克平,曾建鹏,赵博,李元春. 北京航空航天大学学报. 2014(10)
[3]The present status and prospects in the research of orbital dynamics and control near small celestial bodies[J]. Pingyuan Cui,Dong Qiao. Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2014(01)
[4]基于对偶四元数的航天器相对位置和姿态耦合控制[J]. 彭智宏,穆京京,张力军,张士峰. 飞行器测控学报. 2013(06)
[5]航天新跨越 中国新高度 嫦娥-2成功探测小行星[J]. 蔡金曼. 国际太空. 2013(01)
[6]基于约束规划的小天体接近段鲁棒制导控制方法[J]. 高艾,崔平远,崔祜涛. 系统工程与电子技术. 2012(05)
[7]On all-propulsion design of integrated orbit and attitude control for inner-formation gravity field measurement satellite[J]. JI Li,LIU Kun & XIANG JunHua Institute of Aerospace and Material Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China(Technological Sciences). 2011(12)
[8]基于非线性干扰观测器的减摇鳍滑模反演控制[J]. 张元涛,石为人,邱明伯. 控制与决策. 2010(08)
[9]基于对偶数的相对耦合动力学与控制[J]. 王剑颖,梁海朝,孙兆伟. 宇航学报. 2010(07)
[10]不规则形状小行星引力环境建模及球谐系数求取方法[J]. 张振江,崔祜涛,任高峰. 航天器环境工程. 2010(03)
博士论文
[1]航天器姿态系统的自适应鲁棒控制[D]. 袁国平.哈尔滨工业大学 2013
[2]航天器近距离运动的鲁棒姿轨联合控制[D]. 张烽.哈尔滨工业大学 2013
[3]近小行星轨道动力学研究及其在引力拖车中的应用[D]. 张振江.哈尔滨工业大学 2011
[4]小天体探测器光学导航与自主控制方法研究[D]. 朱圣英.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]航天器姿态控制的干扰抑制问题研究[D]. 郭敏文.哈尔滨工业大学 2010
[2]登月飞行器软着陆末端姿态控制[D]. 刘晓伟.哈尔滨工业大学 2007
[3]月球探测器月面软着陆姿态控制系统的研究[D]. 雷静.西北工业大学 2006
本文编号：2895661
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