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日地L_2平动点编队飞行高精度位置保持建模及控制

作　者: 熊攀
导　师: 曹喜滨
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 日地L2平动点编队飞行 高精度位置保持 拟线性变参数模型 多项式特征结构配置
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


航天器编队飞行高精度位置保持是未来在深空进行干涉探测任务所需解决的关键技术问题之一。针对此类任务在控制方面的苛刻要求,本文将针对日地L2平动点航天器编队飞行建模与控制问题进行如下几个方面的研究:首先,建立日地L2平动点编队飞行相对运动动力学模型。首先在考虑太阳光压和地球引力摄动基础上,建立航天器相对运动的高精度非线性动力学模型。接着基于该非线性模型,采用级数展开方法分析各种参数对系统模型精度的影响,建立不同精度的线性化模型。最后为提高控制系统控制精度,以高精度非线性模型为基础采用Barbashin方法建立精确的拟线性变参数（Quasi-LPV）模型,提高控制系统名义设计模型的精度。其次,设计日地L2平动点编队飞行线性二次调节器（Linear Quadractic Regulator）的位置保持算法。以航天器相对运动线性化模型为基础,采用LQR优化控制理论进行位置保持算法设计。为补偿各种摄动和干扰的影响,在算法设计中引入积分器以提高算法的控制精度。为验证LQR算法的有效性,进行编队飞行位置保持的数学仿真。最后,提出日地L2平动点编队飞行多项式特征结构配置（Polynomial Eigenstructure Assignment）位置保持算方法。首先推广基于线性系统的PEA控制方法,提出适用于Quasi-LPV系统的PEA方法以实现闭环系统性能指标的不变性。接着针对日地L2平动点编队飞行的Quasi-LPV模型,设计系统期望的性能指标,求取基于PEA的编队飞行高精度位置保持非线性控制算法。最后进行数学仿真,验证日地L2平动点航天器在编队过程中始终保持高精度的位置保持性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 日地L_2 平动点编队飞行的国内外研究现状  11-15
    1.2.1 日地L_2 平动点相对运动动力学建模  11-13
    1.2.2 日地L_2 平动点编队飞行控制方法  13-15
  1.3 本文的主要研究内容  15-17
第2章 日地L_2平动点编队飞行动力学理论基础  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 坐标系定义  17-19
  2.3 日地L_2 平动点航天器绝对运动动力学  19-22
  2.4 Lyapunov稳定理论  22-24
    2.4.1 时变系统  22-24
    2.4.2 时不变系统  24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 日地L_2平动点编队飞行相对运动动力学建模  25-40
  3.1 引言  25-26
  3.2 日地L_2 平动点相对运动动力学建模  26-28
  3.3 日地L_2 平动点编队飞行动力学线性模型  28-35
    3.3.1 相对运动动力学非线性模型级数展开  28-33
    3.3.2 相对运动动力学LTI模型  33-34
    3.3.3 相对运动动力学LPV模型  34-35
  3.4 日地L_2 平动点编队飞行动力学Quasi-LPV模型  35-39
    3.4.1 Babashin变换方法  36
    3.4.2 相对运动动力学Quasi-LPV模型  36-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 日地L_2平动点编队飞行LQR位置保持方法  40-51
  4.1 引言  40
  4.2 LQR控制理论  40-41
  4.3 基于LQR的位置保持方法  41-43
    4.3.1 无积分器的LQR控制器  41-42
    4.3.2 带积分器的LQR控制器  42-43
  4.4 数学仿真与结果分析  43-50
    4.4.1 初始条件  43-46
    4.4.2 仿真结果  46-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 日地L_2平动点编队飞行PEA位置保持方法  51-68
  5.1 引言  51-52
  5.2 基于LTI系统的PEA控制方法  52-56
  5.3 基于Quasi-LPV系统的PEA控制方法  56-61
    5.3.1 Quasi-LPV系统PEA方法设计  56-59
    5.3.2 Quasi-LPV系统稳定性分析  59-61
  5.4 基于PEA的日地L_2 平动点编队飞行高精度位置保持  61-64
  5.5 数学仿真与结果分析  64-67
    5.5.1 仿真初始条件  64-65
    5.5.2 仿真结果  65-67
  5.6 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-75
攻读硕士学位期间发表的论文  75-77
致谢  77

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 制导与控制 > 航天器制导与控制
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