月球探测器精确软着陆制导算法研究

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1、硕士学位论文月球探测器精确软着陆制导算法研究RESEARCHONGUIDANCEALGORITHMOFLUNARPROBEFORSOFTLANDING乔衍迪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448.22学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工程硕士学位论文月球探测器精确软着陆制导算法研究硕士研究生：乔衍迪导师：张泽旭教授申请学位：工学硕士学科、专业：航空宇航科学与技术所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.22U.D.C:629.78Dissertatio

2、nfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONGUIDANCEALGORITHMOFLUNARPROBEFORSOFTLANDINGCandidate：QiaoYandiSupervisor：Prof.ZhangZexuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceinEngineeringSpeciality：AeronauticalandAs-tronauticalScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDe

3、fence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要月球软着陆是人类进行月球探测不可缺少的一个环节，而导航、制导与控制技术又是月球软着陆的一个关键性技术。本文根据哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心承担的“月球软着陆高精度导航与制导方法研究”的课题任务要求，应用最优控制方法，对月球探测器精确软着陆的制导问题进行了深入与系统的研究，论文开展的研究工作如下。针对月球探测器非定点软着陆问题，根据经典最优控制理论中的Pontryagin极大值原

4、理，设计最优制导律，证明了软着陆过程中任意连续时间段内均不存在奇异情况，并应用非线性规划求解最优着陆轨迹。针对月球探测器三维精确定点软着陆问题，对动力下降段制导给出一种参数化控制与最优参数选择相结合的方法。这种方法的主要思想就是利用若干个分段的常值函数去逼近最优解，在此情况下最优控制问题将转化为一系列参数优化问题。首先将待定初始状态用与时间无关的系统参数的函数来表达，再用若干个分段的常值函数构造参数化控制器，通过不断增加参数个数，缩小每段参数的持续时间，重复优化可以得到一组无限逼近连续最优解的参数化解序列，最终得到了一条月球探测器精确软着陆的着陆轨迹。关键词

5、:非线性规划；控制变量参数化；最优控制；变时间节点-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractSoftlandingonthelunarsurfaceisanindispensablepartinlunarprobingplan.Andmoreover,navigation,guidanceandcontrolarethekeytechniquesforlunarsoftlanding.WiththesupportofResearchCenterforDeepSpaceExploration,HarbinInstituteofTechnology,

6、"TheStudyofLunarSoftLandingHighPrecisionNavigationandGuidanceMethods",thisdissertationsystematicallystudiesguidanceproblemsinthelunarlandingprocedureemployingoptimalcontrol,optimization,nonlinearcontrolmethodsbasedonprecursors’results.Tosolvetheguidanceproblemofunfixedpointsoftland

7、ing,afuel-optimalguidancelawisdevelopedbyPontryaginmaximumprincipleoftheclassicoptimalcontroltheory.Then,itisprovedthatthesingularityconditionthatcausescontrolfunctionuncertaincannotholdalonganoptimaltrajectoryonanyclosedtimeinterval.Intheend,byusingnonlinearprogramminginordertoobt

8、ainthenumericalsolutionfor