嫦娥三號軟著陸軌道設計與控制策略畢業(yè)論文-文庫吧資料
2024-09-05 16:30本頁面
【正文】 性方程的表達式為： )(t? = tt ?? （ 22） 可知在主減速階段：運動的軌跡方程大致用式（ 22）表示，運動軌跡大致為拋物線； 在快速調整段的主要是調整探測器姿態(tài)，需要從距離月面 3km 到 處將水平速度減為0m/s，這需要調節(jié)四周的姿態(tài)發(fā)動機使主減速發(fā)動機的推力豎直向下，之后進入粗避障階段；粗避障段的范圍是距 離月面 到 100m區(qū)間，其主要是要求避開大的隕石坑，實現在設計著陸點上方 100m處懸停，同樣需要調整姿態(tài)發(fā)動機，并初步確定落月地點。在用蟻群算法進行優(yōu)化過程中需要確定這個 8 個優(yōu)化參數的搜索范圍。 （ 4）判斷是否滿足終止條件，不滿足則重復（ 1）至（ 3）步過程；滿足則結束計算輸出結果。 （ 3）將每只螞蟻的路徑解碼為優(yōu)化參數值，計算目標函數值，找出最好的前10 只螞蟻的路徑。 （ 2）根據式（ 14）計算每只螞蟻的轉移概率，然后依據賭輪原則為每只螞蟻選擇下一個路徑城市。設有 8 個優(yōu)化參數，并要求第 k 個優(yōu)化參數精確到小數點后 dk 位，那么可按照一元函數的情況從左到右依次構建 ?? ?81 )1(k kd列城市，其余路徑轉移規(guī)則、信息素更新規(guī)則和局部搜索策略都與一元連續(xù)函數情況相同。那么利用者 7 個節(jié)點的推力方向角及對應時刻對式（ 17）進行擬合，可以求得多項式的系數 i? （ i=0,1,2），進而得到整個著陸軌跡的推力方向角曲線 )(t? 。每個節(jié)點的時刻可以由下式得到： ti=t0+i（ tft0） /n， （ i=0,1，在這里設主發(fā)動機的推力方向角 )(t? 可以表示成一個多項式的形式，即： )(t? = 2210 tt ??? ?? （ 17） 這些軌跡優(yōu)化問題就轉化為對多項式系數 210 , ??? 三個參數的優(yōu)化，但這三個參數沒有明確的物理意義，確定初值及搜索空間比較困難，為此本文對函數逼近法作進一步改進。優(yōu)化的 性能指標為在滿足上述初始條件和終端條件的前提下，使得著陸過程中消耗燃料最少，即 ? ??? ftt dttmJ 0 )( （ 16） 模型三的求解過程及分析 對此類蟻群算法的求解較為復雜，首先介紹以下求解的理論知識： 本文也采用直接法進行軌跡優(yōu)化，由于優(yōu)化變量 )(t? 的搜索空間是一個泛函空間，無法直接應用優(yōu)化算法，因此首先要將這個 軌跡優(yōu)化問題轉化參數優(yōu)化問題。 其動力學方程如下： SPIFmrvmFrmFvvr//)2c o s)/((/s in)/( 2????????????????????? （ 13） 根據動力下降段的起點位置可以 確定動力學方程初值條件，由于起點處于霍曼轉移軌道（橢圓軌道）的近地點，故其初始條件為： )2(1000000ABBAAARRRRRvRr???????? (14) 終端條件為實現軟著陸，即 著陸器 x y ???F 月球 O r圖 523 月球軟著陸極坐標系 10 00???fffvRr? （ 15） 其中終端條件中對終端極角 f? 及終端時間 tf 無約束。 9 對問題二模型的建立與求解 模型三：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，可以假設如月球引力非球項、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。由遠月點和近月點的幾何關系，經度之和為 180 度，緯度關于月球赤道面對稱，進而得出遠月點經緯度坐標為 ， ，距月球表面上 100km. 對模型二的求解及結果分析 由 上 式 和 已 知 數 據 2211 /106 7 2 5 kgmNG ??? ?，kgM ?? , kmca ?? , kmca ?? kma ? ，代入公式（ 9）中，可以得到， skmV skmVBA / /?? （ 12） 可以看出近月點的速度為 ,與附件 1 中嫦娥三號在近月點處相對速度為 ，說明求得結果比較準確。 ? =（ 0 0 0 0 0 1） T , 2/3??an 。則有， ? ? ? ?AAAA RVRV ??? 2121 (5) 有橢圓軌道要素幾何關系有： caR caRBA ?? ?? （ 6） O ? i m? 著陸器軌道 白道 黃道 月球赤道 x ? N I J 圖 522 月心平赤道坐標系 8 著陸器運動的總機械能等于其動能與勢能之和，當它在近日點和遠日點時，機械能應分別為 BBBAAARG M mmVERG M mVE????2221m21 (7) 根據機械能守恒，應有 BA EE ? ,結合（ 1）（ 2）（ 3）故有， )11()(21 22 cacaGM mVVm BA ????? （ 8） 綜合以上，可解得： )()()()(caaGMcaVcaaGMcaVBA?????? （ 9） 對模型一 的攝動解的構造求解和分析 根據對模型一的表述，在月心平赤道坐標系中，著陸器的攝
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