嫦娥三號(hào)軟著陸軌道設(shè)計(jì)與控制策略建模論文-免費(fèi)閱讀
【正文】 W176。W176。E176。E176。s2=ss1。r39。y39。z2=0*。y2=+*sin(x+*pi)。plot(x,z1,39。,x,y6,39。,x,y2,39。y3=58*sin(*x+*pi)。,[90 90], ... 39。topomap139。%設(shè)置衛(wèi)星或飛船運(yùn)動(dòng)軌跡的顯示過(guò)程sita1=sita1+w1*pausetime。,ptempy)。ydata39。%畫(huà)衛(wèi)星或飛船的運(yùn)動(dòng)軌跡while 1set(p1,39。xdata39。,39。,39。p1=plot(r1*cos(sita1),r1*sin(sita1),39。markersize39。color39。.39。)。marker39。text(17,18,39。r39。sita2=0。hold on。、模型的改進(jìn)關(guān)于問(wèn)題二：在地球自轉(zhuǎn)的影響下衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程中星下線的軌跡是地球表面的一些曲線，計(jì)算測(cè)控站的數(shù)量比較困難。模型的評(píng)價(jià)及其改進(jìn)、模型的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：模型有特殊到一般，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，充分考慮了衛(wèi)星或飛船運(yùn)行軌道為橢圓時(shí)的測(cè)算方式，靈活巧妙地計(jì)算出了需要最少測(cè)控站的區(qū)間，減小了數(shù)據(jù)誤差。N16遠(yuǎn)望五號(hào)測(cè)控船176。S12遠(yuǎn)望一號(hào)測(cè)控船176。N8納米比亞站176。N4和田站176。圖8 圓內(nèi)接六邊形覆蓋法 對(duì)問(wèn)題三資料的查取與分析通過(guò)上網(wǎng)查閱資料，搜集了我國(guó)神州7號(hào)飛船運(yùn)行資料和相關(guān)測(cè)控站點(diǎn)的分部信息，、近地點(diǎn)高度200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度350公里的橢圓軌道上，實(shí)施變軌后，進(jìn)入343公里的圓軌道。當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行角速度是地球自轉(zhuǎn) 速度的兩倍是衛(wèi)星沿運(yùn)行古道運(yùn)行兩圈后星下點(diǎn)軌跡回到起點(diǎn)。下面我們進(jìn)行橢圓軌道的監(jiān)控站數(shù)精確計(jì)算。用衛(wèi)星或飛船的運(yùn)動(dòng)軌跡所在的平面去切地球會(huì)得到一圓面。此為可得，從而有最優(yōu)初始點(diǎn)坐標(biāo)。將上式兩邊對(duì)求導(dǎo)可得 其中 不妨令 ，則得到如下增廣系統(tǒng) 即 其中O,P,Q與分別為O,P,Q與經(jīng)過(guò)變形后的形式 指標(biāo)函數(shù)變?yōu)榧s束條件變?yōu)? 其中，由于僅僅已知探測(cè)器在軟著陸起始點(diǎn)到月心的距離和探測(cè)器的起始速度，原來(lái)質(zhì)量，而軟著陸起始點(diǎn)與另兩個(gè)空間位置信息角的初始值未知，因而令 為系統(tǒng)待定 參數(shù)。因此本文所討論的軟著陸耗燃最優(yōu)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為：在系統(tǒng)(1)滿足約束函數(shù)G的情況下，求取適當(dāng)?shù)目刂谱兞俊笆怪笜?biāo)函數(shù)(2)達(dá)到最小。因此，考慮到這一點(diǎn)， 本文將軟著陸的末速度要求以懲罰岡子的形式加入 到指標(biāo)中如下式所示，主要目的是降低最優(yōu)控制問(wèn) 題求解的復(fù)雜度，該懲罰因子可以通過(guò)反復(fù)的數(shù)值 仿真運(yùn)算，按經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。再定義月固坐標(biāo)系，以月球赤道面為參考平面，指向赤道面與起始子午面的交線方向，指向月球自轉(zhuǎn)角速度方向，軸按右手坐標(biāo)系確定。在整個(gè)“落月”過(guò)程中，“動(dòng)力下降”被業(yè)內(nèi)形容為最驚心動(dòng)魄的環(huán)節(jié)。嫦娥三號(hào)如何實(shí)現(xiàn)軟著陸以及能否成功成為外界關(guān)注焦點(diǎn)。我們知道，抄襲別人的成果是違反競(jìng)賽規(guī)則的, 如果引用別人的成果或其他公開(kāi)的資料（包括網(wǎng)上查到的資料），必須按照規(guī)定的參考文獻(xiàn)的表述方式在正文引用處和參考文獻(xiàn)中明確列出。 在本文所建立的模型中，我們采取了層次分析法（AHP）、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)擬合以及整數(shù)線性規(guī)劃相結(jié)合的手段，這樣既借鑒了層次分析法綜合評(píng)價(jià)的優(yōu)勢(shì)，又克服了該法中主觀因素的不確定性，使模型更具有科學(xué)性，要確定著陸準(zhǔn)備軌道近月點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)的位置，以及嫦娥三號(hào)相應(yīng)速度的大小和方向。期間，將穩(wěn)定飛行姿態(tài)，對(duì)著陸敏感器、著陸數(shù)據(jù)等再次確認(rèn)，并對(duì)軟著陸的起始高度、速度、時(shí)間點(diǎn)做最后準(zhǔn)備。 模型假設(shè) 假設(shè)衛(wèi)星或飛船相對(duì)于地球極小可以看做質(zhì)點(diǎn)假設(shè)地球是個(gè)規(guī)則球體，質(zhì)量集中于地心假設(shè)外界引力對(duì)該系統(tǒng)可忽略不計(jì)忽略影響測(cè)控站布置的地理因素不考慮測(cè)控站周?chē)乩憝h(huán)境和天氣環(huán)境對(duì)嫦娥三號(hào)測(cè)控的影響 符號(hào)說(shuō)明 坐標(biāo)原點(diǎn)，是一個(gè)常值 預(yù)定著陸點(diǎn)在月固坐標(biāo)系中軸的坐標(biāo) 預(yù)定著陸點(diǎn)在月固坐標(biāo)系中軸的坐標(biāo) 預(yù)定著陸點(diǎn)在月固坐標(biāo)系中軸的坐標(biāo) 著陸點(diǎn)到月心距離，即月球半徑。 圖一：坐標(biāo)示意圖顯然有軌道坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣 慣性坐標(biāo)系到月固坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合科氏定律整理可以得到嫦娥三號(hào)在月固坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)方程為其中，,為嫦娥三號(hào)速度矢量與月固坐標(biāo)系各軸上的投影，為發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，為嫦娥三號(hào)的質(zhì)量，,和為該高度月球重力加速度在月固定系各軸上的投影，為月球自轉(zhuǎn)角速度。 顯然等價(jià)于 但上式顯然在時(shí)不可微，因此用如下不等式去近似上式 其中 是調(diào)節(jié)參數(shù)。文獻(xiàn)[11]中第六章已經(jīng)證明了當(dāng)時(shí)，問(wèn)題2的最優(yōu)解收斂于問(wèn)題1的最優(yōu)解。3 數(shù)值仿真已知探測(cè)器初始質(zhì)量；制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大推力為，最大推力,比沖。 圖三：軟著陸速度曲線 圖四：軟著陸最優(yōu)曲線 圖五：質(zhì)量變化曲線 問(wèn)題假設(shè) 模型的建立及求解 問(wèn)題一模型的建立及求解 模型一：假設(shè)衛(wèi)星或飛船運(yùn)動(dòng)軌道為圓在不考慮地球自轉(zhuǎn)的條件下，地球自轉(zhuǎn)時(shí)該衛(wèi)星或飛船在運(yùn)行過(guò)程中相繼兩圈的經(jīng)度的差異可不予考慮。圖5 觀測(cè)站對(duì)橢圓形衛(wèi)星軌道覆蓋范圍示意圖2焦點(diǎn)地心由于大圓包含了橢圓區(qū)域，因此只要監(jiān)控到大圓周及以外空域，則未必能監(jiān)控整個(gè)橢圓周。所以橢圓軌道的監(jiān)控算法為：，用逼近的方法可近似計(jì)算出。首先根據(jù)軌道面與赤道面的夾角a以及每個(gè)內(nèi)接正方形邊長(zhǎng)在地心所對(duì)的圓心角，可求出測(cè)控區(qū)域中正方形的行數(shù)j，如圖所示；其次根據(jù)
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