不规则弱引力场小行星探测器软着陆轨迹优化控制研究

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1、分类号：ＴＰ２７３单位代码：１０１９０：２０１２０３０２９密级研究化学号：无朵本寺欠爹硕古学位论文不规则弱引力场小行星探测器软着陆轨迹优化控制研究ＳｔｕｄｏｎＳｏｆ－ｔｌａｎｄｉｎＴｒａｅｃｔｏｒＯｐｔｉｍｚａｔｎＣｏｎｔｙｇｊｙｉｉｏｒｏｌｏｆｔｈｅＡｓｔｅｒｏｉｄＰｒｏｂｅｉｎｔｈｅＩｒｒｅｕａｒｅａｋａｖａｉｇｌＷＧｒｉｔｔｏｎａｌＦｉｅｌｄ研究生姓名：王宏专业：控制科学与工程指导教师姓名：谢慕君指导教师职称：教授２０巧年４月长春工业大学硕±学位论文摘要

2、随着国巧外深空探测技术的不断发展一，小行星探测也取得了定进展。本论文对小行星探测器下降段轨迹进行优化研究，实现燃料最优的目标。考虑下降过程中第Ｈ天体引力Ｗ及不确定性，用多项式拟合上述优化轨迹，并进行跟踪控制。具体的研究工作可归纳为下三方面：、首先，考虑小行星具有体积小形状不规则、弱引力场等特性，把小行星近似的看成王轴楠球体，并采用球谐系数法建立小行星的弱引力场模型；随后鉴于探测器下降过程的空间环境特征，在固连坐标系下建立了小天体的动力学模型，其中考虑太阳光压，第Ｈ天体引力等不确定因素。其次，Ｗ燃料最优为目标对小行星探测器的下降轨迹进行优化。根据此

3、连续最优控制问题的恃点，采用轨迹优化方法直接法中的高斯伪谱法对问题进行离散，转化成受代数约束的非线性规划问题，并用序列二次规划算法进行求解。本论文在轨迹优化的设计中考虑了太阳光压，分别用常推为与变推力两种策略进行轨迹的优化，仿真结果表明了两种方法均能实现燃料最优的优化目标，并且小行星能够安全的下降。最后，针对探测器在动力下降段的特点，采用三次多项式巧合得到标称轨迹，然后对此标称轨迹进行跟踪控制。在轨迹跟踪控制阶段，将第Ｈ天体引力Ｗ及不确定性考虑在内，使其更接近实际的空间环境。由于滑模变结构控制方法具有很强的鲁棒性，故采用了基于指数趋近律的滑模变结

4、构控制器来进行对标称轨迹的跟踪，仿真结果表明此方法能够平稳的跟踪下降轨迹，验证了该方法的有效性。关键词：小行星轨迹优化高斯伪谱法滑模变结构Ｉ氏＃了业火学硕１；学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＡｓｔｅｒｏｉｄｓｅｘｌｏｒａｔｉｏ打ｈａｖｅｍａｄｅｓｏｍｅｒｅａｔｒｏｒｅｓｓｉｎ化ｅａｅｒｏｓａｃｅｓｅｃＵ）ｒｗｉｔｈ化ｅｐｇｐｇｐ，ｇｒｏｗｉｎｇｏｆｄｅｅｓａｃｅｅｘｌｏｒａｔｉｏｎ１；ｅｃｈｎｏｌｏｉｎｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｎｃｏｕｎｔｒｉｅｓ．Ｉｎｐｐｐｇｙｇｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｒａ

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7、ｏｂｅｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｅ打ｖｉｒｏｎｍｅｎｔＣＯ打ｓｔｒｕｃｔｉｎ１：ｈｅｄｎａｍｉｃｐ，ｇｙｍｏｄｅｌｏｆｓｍａｌｌｂｏｄｉｅｓｉｎｔｈｅｓｏｌｉｄｃｏｏｒｄｉ打ａｔｅ，ｔａｋｉ打ｇｔｈｅｒｅｓｓｕｒｅｏｆｓｕ打ｌｉｈｔ，ｔｈｅｔｈｉｒｄｐｇｂｏｄｙｒａｖｉｔａｔｉｏ打ａｎｄｏｔｈｅｒｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｉｎｔｘ）ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．ｇ＇Ｓｅｃｏ打ｄｌｙ