基于模型预测和扰动观测的新型火星探测器大气进入段制导与控制方法研究

《基于模型预测和扰动观测的新型火星探测器大气进入段制导与控制方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、东南硕士学大学位论文万方数据基于模型预测和扰动观测的新型火星探测器大气进入段制导与控制方法研究研究生姓名：昙超导师姓名：奎世堡数授申请学位级别王堂亟±学科专业名称撞剑理途皇控剑工程论文提交日期—立些鱼旦骂三—一论文答辩日期堂旦鲨里万方数据INNO、俏LTIVEMARSENTRYGUIDANCEANDCONTROLBASEDONMODELPREDICTIVECONTROLANDDISTURBANCEOBSERVERAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEng

2、ineeringBYWUChaoSupervisedbyProfessorLiShihuaSchoolofAutomationSoutheastUniversityJanuary2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：东南大学学位

3、论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：塞赵导师签名：日期：万方数据摘要火星探测是深空探测的一部分，具有探索太阳系和宇宙、扩展人类的生存空间、积极开发和利用空间资源、服务可持续发展的科学意义。几十年来，人类多次向火星发射火星探测器，在美国宇航局成功发射“火

4、星科学实验室"(“好奇号”，MarsScienceLaboratory,MSL)之前，火星探测任务一般采用无升力控制的弹道式进入，导致落点误差圆的半径达到数百千里，无法满足未来火星探测任务对着陆精度的要求。本文基于火星科学实验室的模型，采用跟踪参考轨迹的阿波罗方式进入制导，着重围绕火星大气进入段的轨迹优化和轨迹跟踪问题展开了研究，具体内容如下：首先建立了火星重力场模型、大气密度模型和探测器结构模型；在七大坐标系的基础上推导和建立了考虑火星自转与不考虑自转的进入段动力学模型。接着利用高斯伪谱法进行大气进入段的探测器轨迹优化问题研究。以倾侧角为控制变量，

5、取终端高度(开伞点高度)最大为性能指标，在满足进入段边界约束、路径约束(动压约束和驻点热流密度约束)和控制约束的情况下进行轨迹优化，得到了满足各类约束的最大开伞高度和大气进入的参考轨迹。然后在不考虑火星自转时，利用多模型约束预测控制对进入参考轨迹进行跟踪制导。在进入时域取若干操作点，将动力学模型在各个操作点处线性化；对于每一个线性化的子模型设计约束预测控制；多个约束预测控制器通过切换策略进行整合。和基于PID控制的增益调度方法对比仿真表明，多模型约束预测控制在存在大气进入初值摄动、气动模型不确定性的情况下有很高的跟踪精度。最后考虑火星自转和火星阵风的

6、影响，建立了大气进入段探测器系统的多源干扰模型。利用扰动观测器估计出多源干扰，并且作为干扰信息加入到多模型约束预测控制的预测模型之中。仿真表明基于扰动观测的多模型约束预测控制具有抗多源干扰的能力，取得了更高的跟踪精度。关键词：火星探测器，火星科学实验室，大气进入段，轨迹优化，高斯伪谱法，多模型约束，预测控制，扰动观测器万方数据AbstractMarsexplorationisapartofthedeepspaceexplorationtasks．Marsexplorationhasitsscientificsignificance，suchasexp

7、loringthesolarsystemanduniverse，expandinglivingspaceforhumanity,developingthespaceenergyandpromotingsustainabledevelopment．ManyMarsexplorationactivitieshavebeentakenfordecades．BeforeNASA'sMarsScienceLaboratory,Marslandersuseaballisticentry,whichleadstoalandingerrorofhundredkilo

8、meters．ThisaccuracycannotmeettherequirementoffutureMar