嫦娥三號軟著陸軌道設(shè)計(jì)與控制策略畢業(yè)論文-在線瀏覽
2024-08-07 14:37本頁面
【正文】 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。其安裝在下部的主減速發(fā)動機(jī)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(jìn)劑產(chǎn)生的推力）為2940m/s，可以滿足調(diào)整速度的控制要求。海拔為2641m。根據(jù)其著陸軌道設(shè)計(jì)的基本要求：著陸準(zhǔn)備軌道為近月點(diǎn)15km，遠(yuǎn)月點(diǎn)100km的橢圓形軌道；著陸軌道為從近月點(diǎn)至著陸點(diǎn)，其軟著陸過程共分為6個(gè)階段。2. 根據(jù)附件2嫦娥三號著陸過程的六個(gè)階段及其狀態(tài)要求，建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，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(gè)階段的最優(yōu)控制策略。二、問題假設(shè)1．假設(shè)月球?yàn)榫鶆蛞觯?．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(gè)固定的鉛垂面內(nèi)運(yùn)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(xiàng)對著陸器的影響；二、 主要符號說明一覽表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)月球平均半徑(km)月球赤道平均半徑(km)F主發(fā)動機(jī)的推力（N）r著陸器與月心距離（km）v著陸器的徑向速度(km/s)著陸器極角（rad）月球引力常數(shù)（）主發(fā)動機(jī)推力方向角，其定義為F與當(dāng)?shù)厮椒较驃A角（rad）ISP主發(fā)動機(jī)比沖（m/s）橢圓軌道近月點(diǎn)半徑（km）橢圓軌道遠(yuǎn)月點(diǎn)半徑（km）J優(yōu)化性能指標(biāo)四、問題分析題目要求根據(jù)探測器繞月橢圓軌道的半徑及著陸過程的各個(gè)階段的狀態(tài)，求出遠(yuǎn)月點(diǎn)和近月點(diǎn)的位置，我們知道在從距離月球表面15km的位置到3km的位置，豎直方向下降了12km，我們可以建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，由已知3km處位置和速度逆推出近月點(diǎn)15km的位置，并用投影在月球表面的經(jīng)緯度和高度表示。對遠(yuǎn)、近月點(diǎn)相應(yīng)的速度，可以應(yīng)用物理學(xué)公式和給定的數(shù)據(jù)求出，看誤差的大小。而且從15km左右的軌道高度軟著陸到月球表面的時(shí)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(xiàng)、日月引力攝動等影響因素均可忽略不計(jì)，所以將這一過程可以二體模型下描述，建立動力學(xué)方程。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)。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(shí)所必需的6個(gè)參數(shù)。這種偏離的現(xiàn)象稱為攝動。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。方程（3）中的右函數(shù)由方程（2）中的攝動加速度形成。G為萬有引力常數(shù)，由附件1得月球平均半徑=。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(shí)，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， 。 （11）,由運(yùn)動方程和逆推法，,距月球表面上15km。而相應(yīng)的速度的方向?yàn)樵诮曼c(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn)處軌道的切線方向。其示意圖如圖523所示，其中O為月球質(zhì)心，x軸方向?yàn)樵滦闹赶蛑懫鞯某跏嘉恢?，y軸方向?yàn)槌跏嘉恢弥懫魉俣确较颉Ｎ覀內(nèi)?yōu)化變量為制動發(fā)動機(jī)推力方向角。采用函數(shù)逼近法進(jìn)行參數(shù)化。首先將月球軟著陸軌跡離散化，由題中劃分成6個(gè)小段，每段的節(jié)點(diǎn)設(shè)定一個(gè)推力方向角，那么可以將7個(gè)節(jié)點(diǎn)的推力方向角和終端時(shí)刻tf作為待優(yōu)化的參數(shù)。6） （18）這樣，就使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的推力方向角都有一個(gè)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)時(shí)刻。用于多元連續(xù)函數(shù)的DACA算法與一元函數(shù)類似。下面給出DACA算法應(yīng)用過程的具體步驟：（1）設(shè)置初始參數(shù)，包括螞蟻數(shù) num_ ant，循環(huán)次數(shù)num_clc，揮發(fā)系數(shù)，調(diào)節(jié)系數(shù)K、Q，所有路徑信息素量初值，螞蟻初始位置等。重復(fù)上述操作直至所有螞蟻均完成一次循環(huán)。然后根據(jù)局部搜索策略規(guī)則更新相關(guān)路徑上的信息素。用函數(shù)逼近法進(jìn)行參數(shù)化的相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：設(shè)將軌跡離散化劃為6段，那么待優(yōu)化參數(shù)共
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