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月球软着陆主制动段制导与控制方法研究

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目录

月球软着陆主制动段制导与控制方法研究

RESEARCH OF GUIDANCE AND CONTROL FOR SOFT LANDING ON LUNAR AT MAIN BRAKING PHASE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究目的和意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外月球软着陆制导研究现状

1.2.2 我国月球软着陆制导研究现状

1.3 探测器软着陆过程分析

1.4 本文的主要研究内容

第2章 多项式制导方法研究

2.1 轨道坐标系下软着陆动力学模型

2.2 多项式制导律设计

2.2.1 径向最优轨迹模型研究

2.2.2 燃耗次优控制方向角确定

2.3 数学仿真分析

2.4 本章小结

第3章 基于最优控制理论的显式制导方法研究

3.1 燃耗次优制导律设计

3.1.1 着陆场坐标系下软着陆动力学模型

3.1.2 最优制导过程描述及其求解

3.2 数值仿真分析

3.3 两种制导律性能比较

3.4 本章小结

第4章 多项式制导律跟踪控制器设计

4.1 月球软着陆主制动段制导控制系统分析

4.2 着陆器姿态运动学与动力学

4.3 跟踪控制器设计

4.3.1 相轨迹运动分析

4.3.2 混合性能指标跟踪控制律设计

4.4 数学仿真分析

4.5 本章小结

第5章 制导误差分析

5.1 制导控制误差模型的建立

5.1.1 初始条件误差模型

5.1.2 传感器误差模型

5.2 初始条件误差和传感器误差分析

5.2.1 误差分析系统建立

5.2.2 误差敏感系数矩阵求取

5.2.3 误差分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

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摘要

主制动段的制导与控制是月球软着陆的关键技术之一。本文在系统总结了这一领域研究现状的基础上,运用最优控制理论等知识,按照自主性、鲁棒性和燃耗最优性的要求,对月球软着陆主制动段的制导与控制方法进行了较系统地研究。主要内容如下:
  首先,针对简化的月球软着陆动力学方程,给出了着陆器径向最优轨迹模型,并以此模型设计了多项式显式制导律。数值仿真分析表明,该制导律对系统参数偏差的影响具有一定的鲁棒性。
  其次,基于最优控制理论,通过直接求解特殊两点边值问题,本文提出了一种能量最优显式制导方法,并将该制导方法与多项式制导方法在燃料的消耗量、鲁棒性和特点上进行较详细的对比研究。
  再次,在系统分析了月球软着陆主制动段制导与控制系统的基础上,根据建立的着陆器姿态动力学与运动学模型,考虑到跟踪速度和燃料消耗问题,运用相平面法对混合性能指标的跟踪控制器进行了设计。
  最后,通过建立制导控制误差模型,对影响着陆制导精度的初始条件误差和导航与控制传感器误差进行了系统分析;并运用直接仿真法对制导控制系统模拟程序进行仿真,获取了误差敏感系数矩阵,该矩阵较全面地反映了主制动段制导律的制导性能。

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