嫦娥三號軟著陸軌道設(shè)計與控制策略畢業(yè)論文-展示頁
2024-09-09 16:30本頁面
【正文】 動運動方程為 )。G為萬有引力常數(shù)，由附件 1 得月球平均半徑 R =。 0F 和 ?F分別為 )。 D A F L 月球表面 15km 3km 圖 521 著陸軌道運動軌跡大致示意圖 7 方程（ 3）中的右函數(shù) )。 為了便于分析，將著陸軌道的拋物線運動如下圖 521所示， 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： ????????????)7 9 0 0 3 4m i n (2 4 6 )/(][][6 4 7 3 7][2/13esGMRTGMMMkmRLe力常數(shù)月球質(zhì)量，對應月心引月球赤道平均半徑 （ 1） 相應地，有 1?G ， 1??GM? .建立月心平赤道坐標系如圖 522，衛(wèi)星的運動方程如下： ? ???????????????000000)(,)(:)。 問題一模型的建立與求解 模型一：月球衛(wèi)星運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。 ：一個天體繞另一個天體沿二體問題的軌道運行時，因受到其他天體的吸引或其他因素的影響，天體運動會偏離原來的軌道。又由于在測量數(shù)據(jù)中，慣性導航系統(tǒng)的初始速度誤差是造成軟著陸避障和精確定點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。 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。 由于月球表面附近沒有大氣，所以在飛行器的動力學模型中沒有大氣阻力項。由近月點和遠月點的幾何關(guān)系，進而確定遠月點的位置。 3. 對于問題 2 中我們設(shè)計的著陸軌道和控制策略，結(jié)合附件 3 和附件 4 的高程圖，做相應的誤差分析和敏感性分析。既要滿足每個階段在關(guān) 鍵點所處的狀態(tài)，又要盡量 減少軟著陸過程的燃料消耗 ，我們需要建立數(shù)學模型并且討論和求解以下問題： 1．通過建立月心平赤道坐標系， 確定橢圓形 軌道近月點 和遠月點的 位置 ；利用開普勒第二定律和機械能守恒，求出嫦娥三號相應速度的大小與方向。 嫦娥三號在高速飛行的情況下，要保證準確地在月球預定區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)軟著陸，關(guān)鍵問題是著陸軌道與控制策略的設(shè)計。在四周安裝有姿態(tài)調(diào)整發(fā)動機，在給定主減速發(fā)動機的推力方向后，能夠自動通過多 個發(fā)動機的脈沖組合實現(xiàn) 各種 姿態(tài) 的調(diào)整控制。然后又通過誤差分析系統(tǒng)的建立， 誤差敏感系數(shù)矩陣 的求取方法和步驟的分析，得出設(shè)計的設(shè)計的著 陸軌道和控制策略的誤差分析和敏感性分析結(jié)論 關(guān)鍵詞：逆推法 開普勒第二定律 機械能守恒 蟻群分析 最優(yōu)控制策略 二體模型 關(guān)系函數(shù) 誤差敏感系數(shù)矩陣 一、 問題重述 3 嫦娥三號于 2020 年 12月 2日 1時 30分 成功發(fā)射， 12 月 6 日 抵達 月球軌道 。 對于問題三，首先我們通過將題目中附件 3 和附件 4 導入 matlab 中，得出高程圖和等高圖，可以判斷哪塊區(qū)域較平坦，給衛(wèi)星水平移動提供理論依據(jù)。通過六個階段的狀態(tài)，確定線性方程。 題目中要求遠、近月點相應的速度，我們通過 簡化的橢圓軌道模型 ，根據(jù) 開普勒第二定律 和 機械能守恒 （由于月球無大氣，著陸器環(huán)月飛行無能量耗散），列出相應公式，求出近月點和遠月點的速度。本題要求我們根據(jù)嫦娥三號的預定著落點和六個階段關(guān)鍵點的狀態(tài)，建立數(shù)學模型，確定著陸準備軌道位置和六個階段的最優(yōu)控制策略，并對它們做相應的誤差分析和敏感性分析。 1 畢業(yè)論文 嫦娥三號軟著陸軌道設(shè)計與控制策略 2 摘要 嫦娥三號于 2020 年 12月 2日 1時 30分成功發(fā)射，探測器在高速飛行情況下，通過多個發(fā)動機的脈沖組合以實現(xiàn)各種姿態(tài)的調(diào)整控制。要保證探測器在月球預定區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)軟著陸，關(guān)鍵是著陸軌道與各個階段控制策略的設(shè)計。 對于問題一，要求得著陸準備軌道（即橢圓軌道）近月點和遠月點的位置，通過查閱資料，對一般 底軌月球衛(wèi)星，地球引力攝動幾乎與月球非球形引力攝動相當，假設(shè)不能忽略地球扁率項攝動，通過建立嫦娥三號橢圓運動的 主要攝動源及力模型 ，通過在 3000m 位置經(jīng)緯度 逆推法 確定近月點的位置，并通過遠月點和近月點 位置關(guān)系 ，進而求出遠月點位置。 對于問題二，要確定嫦娥三號的著陸軌道，我們采取基于 蟻群算法 的軟著陸軌跡優(yōu)化模型，將這一過程在 二體模型 下 描述，建立整個過程的制動發(fā)動機推力方向角 )(t? 與時間 t 的 關(guān)系函數(shù) 。通過燃料消耗指標公式 ? ??? ftt dttmJ 0 )(取得最小值，確定最優(yōu)控制策略。接著我們建立了 初始狀態(tài)誤差模型 和 傳感器誤差模型 。嫦娥三號在著陸準備軌道上的運行質(zhì)量為 ，其安裝在下部的主減速發(fā)動機能夠產(chǎn)生 1500N到 7500N 的可調(diào)節(jié)推力，其比沖（即 單位質(zhì)量的推進劑產(chǎn)生 的推力 ）為 2940m/s， 可以 滿足調(diào)整 速度 的 控制 要求。嫦娥三號的 預定著陸點 為 ， ， 海拔 為 2641m。根據(jù)其著陸軌道設(shè)計的基本要求：著陸準備軌道為近月點 15km，遠月點 100km 的橢圓形軌道；著陸軌道為從近月點至著陸點，其軟著陸過程共分為 6個階段。 2. 根據(jù)附件 2 嫦娥三號著陸過程的六個階段及其狀態(tài)要求，建立適當?shù)哪Ｐ停?確定嫦娥三號的著陸軌道；并在滿足減少軟著陸過程燃料消耗情況下，確定6個階段的最 優(yōu)控制策略。 二、問題 假設(shè) 1．假設(shè)月球為均勻引力場； 2．假設(shè)著陸器軟著陸過程中的月球自轉(zhuǎn)忽略； 3．假設(shè)著陸器在一個固定的鉛垂面內(nèi)運動； 4．在模型一中，假設(shè)僅考慮地球引力攝動和月球非球形引力對著陸器的影響； 5．在模型三中，假設(shè)不考慮攝動項對著陸器的影響； 二、 主要符號說明一覽表 4 符號 符 符號的含義及單位 M 月球的質(zhì)量（ kg） m 著陸器的質(zhì)量 (kg) R 月球平均半徑 (km
畢業(yè)設(shè)計相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1