天基運(yùn)輸平臺(tái)高精度制導(dǎo)與控制方法研究.pdf

1、隨著衛(wèi)星在軌運(yùn)行技術(shù)的成熟，對(duì)軌道飛行器的使用提出了更多的要求，如能耗最優(yōu)的軌道轉(zhuǎn)移，軌道飛行器之間的交互，提高飛行器在軌運(yùn)行的壽命等。軌道轉(zhuǎn)移飛行器給出了解決上述問題的諸多方案，因此近些年受到了廣泛關(guān)注。它涉及軌道飛行器的任務(wù)規(guī)劃，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模型建立，軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)，制導(dǎo)與控制等諸多方面。本文針對(duì)近地軌道任務(wù)中的若干問題開展研究，重點(diǎn)如下：
　　分析近地軌道轉(zhuǎn)移飛行器的任務(wù)特點(diǎn)，將軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)分成基本段。根據(jù)基本段劃分及推力形式，

2、給出慣性系下二體問題模型、LVLH系下的C-W模型及其改進(jìn)形式、Gauss系下改進(jìn)軌道根數(shù)模型、ADBARV系下非線性動(dòng)力學(xué)模型。介紹軌道轉(zhuǎn)移過程中，軌跡優(yōu)化、制導(dǎo)與控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)所涉及的方法，包括微分代數(shù)法、匹配漸進(jìn)展開法、多項(xiàng)式直接法、自適應(yīng)擬譜法等，說明各方法解決問題的使用。
　　總結(jié)軌道轉(zhuǎn)移飛行器在大氣層外的軌道攔截和交會(huì)任務(wù)的軌跡優(yōu)化方法。分別采用間接法和多項(xiàng)式類直接法求取不同推力類型的軌道轉(zhuǎn)移優(yōu)化問題。采用多項(xiàng)式直接法

3、分析了連續(xù)推力軌道攔截、連續(xù)推力軌道交會(huì)、脈沖推力軌道攔截、脈沖推力軌道交會(huì)問題，采用自適應(yīng)擬譜法分析了限制推力軌道轉(zhuǎn)移軌道轉(zhuǎn)移問題。采用微分代數(shù)方法，分析了初始軌道誤差和點(diǎn)火時(shí)刻誤差對(duì)脈沖軌道轉(zhuǎn)移的影響。通過仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了各方法有效性、準(zhǔn)確性。
　　總結(jié)軌道轉(zhuǎn)移飛行器在大氣層內(nèi)的軌道轉(zhuǎn)移優(yōu)化方法，給出采用間接法和多階段自適應(yīng)擬譜法求解氣動(dòng)力輔助軌道機(jī)動(dòng)問題。分別針對(duì)共面變軌、異面滑行變軌，異面巡航變軌情況，仿真分析，得出軌跡優(yōu)

4、化結(jié)果。針對(duì)熱流速率限制的情況，給出帶熱流密度過程約束的異面滑行變軌優(yōu)化與限制飛行高度的異面巡航變軌方法。通過仿真驗(yàn)證，兩種方法均可較好地解決熱流密度受限氣動(dòng)輔助軌道轉(zhuǎn)移問題。
　　針對(duì)氣動(dòng)力輔助軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)，給出一種適用于異面變軌在名義軌跡附近漸進(jìn)展開線性化的分段反饋制導(dǎo)方法。針對(duì)傳統(tǒng)方法只考慮終端約束和終端性能指標(biāo)，導(dǎo)致制導(dǎo)軌跡與名義最優(yōu)軌跡偏差大的情況，采用分段名義軌跡附近線性化的方法簡(jiǎn)化問題，提高了制導(dǎo)控制精度。采用軌道高

5、度做自由變量的模型避免點(diǎn)火時(shí)刻和估計(jì)遲后等偽誤差影響制導(dǎo)控制模型。提出了軌道轉(zhuǎn)移飛行器的質(zhì)量特性改變實(shí)現(xiàn)軌道轉(zhuǎn)移飛行器的控制，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量偏心做控制變量的名義軌跡控制及模型誤差存在時(shí)的制導(dǎo)。
　　總之，本文將地球附近的軌道轉(zhuǎn)移過程劃分為基本段，給出各基本段在不同推力方式下模型建立、軌跡優(yōu)化、制導(dǎo)控制方法，提出了通過改變質(zhì)量特性方式實(shí)現(xiàn)軌道轉(zhuǎn)移飛行器的控制、制導(dǎo)。通過理論分析上述方法的可靠性，仿真驗(yàn)證方法準(zhǔn)確性。對(duì)天基運(yùn)輸平臺(tái)的建立具有