嫦娥三號軟著陸軌道設(shè)計與控制策略畢業(yè)論文-文庫吧
2025-06-12 14:37 本頁面
【正文】 理學(xué)公式和給定的數(shù)據(jù)求出，看誤差的大小。由于月球表面附近沒有大氣，所以在飛行器的動力學(xué)模型中沒有大氣阻力項。而且從15km左右的軌道高度軟著陸到月球表面的時間比較短，一般在幾百秒的范圍內(nèi)，我們假定月球引力非球項、日月引力攝動等影響因素均可忽略不計，所以將這一過程可以二體模型下描述，建立動力學(xué)方程。首先我們對題目附錄3和附錄4中，距2400m的數(shù)字高程圖和據(jù)月面100m的數(shù)字高程圖，我們轉(zhuǎn)化為三維高程圖和等高圖，見論文附錄2和附錄3。通過高程圖分析著陸器下落過程中應(yīng)避免障礙物，選擇較為平坦的地區(qū)。又由于在測量數(shù)據(jù)中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的初始速度誤差是造成軟著陸避障和精確定點(diǎn)軟著陸的主要誤差源, 它會造成位置誤差隨時間的累積而不斷變大. 我們通過建立誤差分析系統(tǒng)和誤差敏感系數(shù)矩陣分別分析問題（2）中設(shè)計的著陸軌道和最優(yōu)控制策略。五、模型的建立與求解 準(zhǔn)備工作由于涉及到專業(yè)術(shù)語，為此我們首先給出必要的說明：：又稱軌道參數(shù)，是用來描述天體在其軌道運(yùn)行狀態(tài)的一組參數(shù)，通常情況下指的是用萬有引力定律描述天體按圓錐曲線運(yùn)動時所必需的6個參數(shù)。：一個天體繞另一個天體沿二體問題的軌道運(yùn)行時，因受到其他天體的吸引或其他因素的影響，天體運(yùn)動會偏離原來的軌道。這種偏離的現(xiàn)象稱為攝動。 問題一模型的建立與求解：月球衛(wèi)星運(yùn)動的主要攝動源及力模型的建立據(jù)查閱資料，我們把平均高度h=100300km的月球衛(wèi)星定為低軌。通過對各攝動源的攝動量級進(jìn)行分析，對此類模型只要考慮月球非球形引力和地球引力攝動。為了便于分析，將著陸軌道的拋物線運(yùn)動如下圖521所示，DAFL月球表面15km3km圖521著陸軌道運(yùn)動軌跡大致示意圖與地球衛(wèi)星情況類似，分別采用如下長度、質(zhì)量和時間單位： （1）相應(yīng)地，有，.建立月心平赤道坐標(biāo)系如圖522，衛(wèi)星的運(yùn)動方程如下： （2）也可以用橢圓軌道根數(shù)來表示，即 （3）其中r、和分別為著陸器的月心位置矢量、速度矢量和加速度矢量，而是6個開普勒軌道根數(shù)。方程（3）中的右函數(shù)由方程（2）中的攝動加速度形成。和分別為 （4）Oi著陸器軌道白道黃道月球赤道xNIJ圖522 月心平赤道坐標(biāo)系：對簡化的橢圓軌道模型數(shù)學(xué)表達(dá)式的理論推導(dǎo)設(shè)：嫦娥三號著陸器的質(zhì)量為m，月球的質(zhì)量為M，軌道半長軸為a，軌道半短軸為b，月球中心到橢圓中心點(diǎn)的距離為c，A和B點(diǎn)分別為橢圓運(yùn)動的近月點(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn)，相對應(yīng)的速度分別為和，相對應(yīng)的半徑分別為和。G為萬有引力常數(shù)，由附件1得月球平均半徑=。理論推導(dǎo)如下：根據(jù)開普勒第二定律，在相等的時間內(nèi)，行星與恒星的連線掃過的面積相等。則有， (5)有橢圓軌道要素幾何關(guān)系有： （6）著陸器運(yùn)動的總機(jī)械能等于其動能與勢能之和，當(dāng)它在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)時，機(jī)械能應(yīng)分別為 (7)根據(jù)機(jī)械能守恒，應(yīng)有,結(jié)合（1）（2）（3）故有， （8）綜合以上，可解得： （9）根據(jù)對模型一的表述，在月心平赤道坐標(biāo)系中，著陸器的攝動運(yùn)動方程為 （10）其中， 。 =（0 0 0 0 0 1） ,。 （11）,由運(yùn)動方程和逆推法，,距月球表面上15km。由遠(yuǎn)月點(diǎn)和近月點(diǎn)的幾何關(guān)系，經(jīng)度之和為180度，緯度關(guān)于月球赤道面對稱，，距月球表面上100km.由上式和已知數(shù)據(jù)，, ，代入公式（9）中，可以得到， （12）,，說明求得結(jié)果比較準(zhǔn)確。而相應(yīng)的速度的方向為在近月點(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn)處軌道的切線方向。 對問題二模型的建立與求解：基于蟻群算法的軟著陸軌跡優(yōu)化模型 基于模型三的假設(shè)和分析，從15km左右的軌道高度軟著陸到月球表面的時間比較短，一般在幾百秒的范圍內(nèi)，可以假設(shè)如月球引力非球項、日月引力攝動等影響因素均可以忽略，所以這一過程可以二體模型下描述。其示意圖如圖523所示，其中O為月球質(zhì)心，x軸方向為月心指向著陸器的初始位置，y軸方向為初始位置著陸器速度方向。著陸器xyF月球
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