学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

月面返回的自主制导与控制

作　者: 陈海朋
导　师: 马克茂
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 月面返回 最小楔角 最优控制 显式制导 液体晃动
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 23次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


月面返回技术是载人登月任务中的一项关键技术。本文针对月面返回阶段中轨道设计、上升轨迹设计、制导与控制等问题进行深入的研究，主要内容如下：首先，给出轨道设计中相关角度的计算方法。对于短期的月球访问任务，考虑月球自转，上升舱返回时很有可能不在目标轨道平面内，上升舱入轨后需要执行轨道平面转移指令，以便完成轨道交会。本文给出了最小楔角(平面转移角)的求解方法，并给出随时中止任务最坏楔角最小时全球着陆区域目标轨道倾角和上升轨道倾角的求解公式。然后，进行月面上升段制导律设计。针对登月舱上升段轨迹优化问题，建立上升舱动力学模型，对模型进行无量纲化处理；以燃料最优为指标，利用Pontryagin极小值原理，将最优问题转化为时间自由的两点边值问题(TPBVP)，在初值猜测基础上采用向前扫描法求解TPBVP。进一步，给出上升段闭环制导律。针对燃料最优制导律存在计算复杂、实时性差、适应能力弱的问题，本文采用显式制导方法设计闭环制导律。首先，在目标点轨道坐标系内建立上升舱的运动学方程，然后，将控制量近似为多项式表达式，由上升舱的当前状态和终端目标求解多项式的系数，从而实现上升舱的实时制导。接下来，进行上升段大角度姿态机动控制律设计。针对刚体航天器的大角度机动姿态控制问题，首先，建立系统非线性运动方程组，然后利用精确反馈线性化方法，将系统方程转换为Brunovsky标准型，对线性子系统设计了PID控制器。对于常值推力姿控发动机采用脉冲调宽—调频(PWPF)方法，实现了控制器变推力要求。最后，进行上升段液体晃动大角度机动控制律设计。考虑液体晃动对稳定性影响，设计了晃动模态观测器。在此基础上，完成了动态输出反馈姿态跟踪控制律设计，并针对控制器的饱和问题，采用增益调度法对控制参数进行调节。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题背景及研究目的  10
  1.2 月面返回综述  10-12
    1.2.1 月面返回的方式  10-11
    1.2.2 载人月面返回的整体流程  11-12
  1.3 研究现状及分析  12-17
    1.3.1 环月轨道及上升轨道设计研究现状  12-13
    1.3.2 月面上升最优轨迹设计  13
    1.3.3 上升段制导技术研究现状  13-14
    1.3.4 航天器姿态控制研究现状与分析  14-17
  1.4 本文研究内容及框架  17-18
第2章 航天器数学建模  18-33
  2.1 引言  18
  2.2 坐标系及之间转换  18-20
    2.2.1 坐标系定义  18-19
    2.2.2 坐标系之间转换  19-20
  2.3 上升舱运动学数学模型  20-25
    2.3.1 刚体航天器绕质心运动学方程  21-24
    2.3.2 刚体航天器绕质心动力学方程  24-25
  2.4 液体晃动航天器运动方程组  25-27
    2.4.1 液体晃动航天器运动方程  25
    2.4.2 误差四元数姿态跟踪模型  25-27
  2.5 非线性控制理论  27-31
    2.5.1 最优控制  27-28
    2.5.2 Lyapunov 稳定性  28
    2.5.3 反馈精确线性化  28-31
  2.6 范数及主要数学定理  31-32
  2.7 本章小结  32-33
第3章 探月目标轨道倾角与上升轨道倾角确定  33-41
  3.1 最小楔角的计算  33-36
  3.2 轨道倾角计算  36-37
  3.3 全程最大楔角最小的条件  37-38
  3.4 仿真分析  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章 登月舱上升段制导律设计  41-57
  4.1 问题描述  41-42
  4.2 月面返回运动学模型的建立  42-43
  4.3 燃料最优制导律设计  43-49
    4.3.1 模型无量纲化处理  44
    4.3.2 终端约束条件  44-45
    4.3.3 协状态初值猜测  45
    4.3.4 向前扫描法  45-47
    4.3.5 仿真分析  47-49
  4.4 显式制导  49-56
    4.4.1 显式制导模型建立  49-51
    4.4.2 制导参数求解  51-52
    4.4.3 剩余时间求解  52-53
    4.4.4 仿真分析  53-56
  4.5 本章小结  56-57
第5章 精确反馈线性化姿态控制  57-66
  5.1 引言  57
  5.2 反馈精确线性化模型  57-59
  5.3 PWPF 调制器  59-60
  5.4 控制律设计  60-65
    5.4.1 角速度跟踪控制  60-63
    5.4.2 修正罗德里格姿态跟踪控制  63-65
  5.5 本章小结  65-66
第6章 液体晃动姿态控制及姿态跟踪控制  66-82
  6.1 引言  66
  6.2 液体晃动对系统稳定性影响  66-67
  6.3 姿态镇定控制  67-70
    6.3.1 状态反馈控制  67-69
    6.3.2 输出反馈控制  69-70
  6.4 姿态跟踪控制  70-75
    6.4.1 状态反馈姿态跟踪控制  70-73
    6.4.2 输出反馈姿态跟踪控制  73-75
  6.5 仿真分析  75-81
    6.5.1 常系数控制参数控制器  75-78
    6.5.2 增益调度控制器  78-81
  6.6 本章小结  81-82
结论  82-83
参考文献  83-87
攻读学位期间发表的学术论文  87-89
致谢  89

相似论文

  1. 无尾飞翼式飞行器主动控制的参数化方法,V249.1
  2. 非柱状域上发展方程控制问题综述,O232
  3. 一类半线性抛物系统的双线性时间最优控制,O232
  4. 基于最优控制及联合仿真的四轮转向研究,U463.4
  5. 多任务空空导弹制导技术研究,TJ765.3
  6. 基于智能优化的交通分配问题的求解算法研究,O224
  7. L~p空间上的随机凸对偶,O232
  8. 模糊道德风险模型及求解,F284
  9. 销售电价的政策性调整模型及其分析,F426.61
  10. 基于现代内点非线性规划的同步发电机励磁控制研究,TM341
  11. 燃醇基燃料锅炉燃烧系统优化建模与智能控制研究,TK223.2
  12. 基于自寻最优的ABS控制器的研究,U463.526
  13. 四分之一车模型的非线性悬架随机最优控制,U463.33
  14. 智能半主动悬架系统的随机非线性动力学研究,U463.33
  15. 基于精细积分的最优控制在汽车主动悬架中的应用,U463.33
  16. 三轴稳定航天器姿态最优控制方法研究,V448.22
  17. 空间交会接近段联合机动及燃料优化问题研究,V526
  18. 数控机床工作台位置伺服系统先进控制策略研究,TG659
  19. 含有时滞的汽车主动悬挂系统的减振控制,U463.33
  20. 攻击地面固定目标的高超声速导弹的制导规律设计,TJ765.3
  21. 月面返回最优轨道设计,V412.41

中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 制导与控制 > 航天器制导与控制
© 2012 www.xueweilunwen.com