探测器盘旋/软着陆小天体的自主最优制导与滑模控制方法研究

发布时间：2023-06-28 05:23

　　小天体是太阳系内环绕太阳运动,但体积和质量远小于行星的岩石或金属天体。探测小天体有助于防御近地小天体撞击、了解太阳系和生命的起源、开发太空资源、试验新型技术等研究,具有十分重要的科学价值和现实意义。小天体探测器所需的导航、制导和控制(GNC)技术与传统大天体的探测器有很大区别。由于目标天体距离地球遥远,基于深空网的传统GNC技术难以为小天体探测器提供足够的支持和保障。由于小天体引力场弱且不规则,在其附近的探测器运动呈现出显著的非线性特征,还会受到太阳光压、其他天体引力等外界扰动的影响。此外,小天体的形状、质量、密度、自转状态等物理参数难以通过地面观测精确测定,导致探测器的动力学模型存在较大的不确定性。上述特性对小天体探测器的GNC技术提出了自主性、最优性和鲁棒性的要求。本文在973项目“行星表面精确着陆导航与制导控制问题研究”的支持下,采用直接法和间接法优化算法、神经网络技术、滑模控制算法等研究了探测器软着陆小天体的最优轨迹设计方法、自主最优制导方法、鲁棒轨迹追踪控制方法和探测器主动盘旋Tumbling小天体的轨道、姿态控制方法。论文的主要内容如下:首先,针对探测器软着陆小天体的最优轨...

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【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究目的及意义
    1.2 小天体附近探测器控制方法研究现状
        1.2.1 探测器的轨道动力学
        1.2.2 探测器的主动控制方法
    1.3 最优制导方法研究现状
        1.3.1 间接法
        1.3.2 直接法
    1.4 滑模控制方法研究现状
        1.4.1 抖振抑制问题
        1.4.2 有限时间控制问题
    1.5 主要内容及章节安排
第2章 基于优化算法的软着陆最优轨迹设计方法
    2.1 探测器轨道动力学建模
    2.2 基于伪谱法和SQP的能量最优轨迹设计
        2.2.1 问题描述
        2.2.2 伪谱法和SQP原理
        2.2.3 仿真分析
    2.3 基于同伦法和初值猜测技术的燃料最优轨迹设计
        2.3.1 问题描述
        2.3.2 同伦法与初值猜测技术
        2.3.3 仿真分析
    2.4 本章小结
第3章 基于神经网络的软着陆自主最优制导方法
    3.1 自主最优制导方法的结构
    3.2 基于GRBFNN的自主最优制导
        3.2.1 GRBFNN算法
        3.2.2 仿真分析
    3.3 基于B-ELM的低成本自主最优制导
        3.3.1 B-ELM算法
        3.3.2 仿真分析
    3.4 本章小结
第4章 基于滑模算法的探测器轨迹追踪鲁棒控制方法
    4.1 误差动力学建模
    4.2 基于滑模双阈值触发器的常推力控制
        4.2.1 常推力控制器设计
        4.2.2 仿真分析
    4.3 基于自适应超螺旋算法的连续推力控制
        4.3.1 AGSTA控制器设计
        4.3.2 仿真分析
    4.4 本章小结
第5章 探测器盘旋Tumbling小天体的轨道/姿态控制方法
    5.1 探测器轨道的鲁棒LQR控制
        5.1.1 轨道动力学建模
        5.1.2 RLQR控制器设计
        5.1.3 SMG-RLQR控制器设计
        5.1.4 仿真分析
    5.2 探测器姿态的连续有限时间控制
        5.2.1 姿态动力学建模
        5.2.2 NTSM-AGSTA控制器设计
        5.2.3 仿真分析
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
个人简历及在学期间研究成果
致谢



本文编号：3836064