航天測量船路徑跟蹤的預(yù)測控制與仿真.pdf

1、航天測量船是活動的海上測控站,在浩瀚的大洋上對航天器進行跟蹤、測量和控制。測量船海上測控,就任務(wù)本身來講與陸上測控站的工作基本相同,但海上測控有其特殊性,它是在位置變動、海水流動、船體震動、天線晃動的條件下捕獲跟蹤目標的。在大海中航行的航天測量船,由于受到風(fēng)浪流的影響會產(chǎn)生6個自由度的搖蕩、搖擺和振蕩運動。安裝在航天測量船上的無線電測控通信設(shè)備的基座也會隨之搖擺,特別是航向的變化會使天線波束偏離目標,輕則影響跟蹤精度,重則造成跟蹤丟失。

2、為了避免測控通信設(shè)備天線遮擋,測量船需要保持一定的航向,跟蹤設(shè)計的航線航行,即測量船要在保持航向的控制要求下,跟蹤并最終能穩(wěn)定于預(yù)設(shè)的參考路徑上。測量船路徑跟蹤系統(tǒng)帶有非線性、強約束性、容易受到被控對象參數(shù)的變化以及風(fēng)浪流等外界的干擾影響的特點,是一種比較典型的非線性控制系統(tǒng),對該類控制系統(tǒng)進行研究有助于探索一般的非線性系統(tǒng)相關(guān)的控制問題,不但具有非常重要的學(xué)術(shù)方面的研究價值,而且為做好海上測控中的航海保障工作和新一代航天測量船的設(shè)計提

3、供理論支持。本文針對航天測量船的特性,探討了預(yù)測控制策略在測量船路徑的跟蹤控制方面的應(yīng)用,也進行了控制器的設(shè)計與半實物仿真實驗。
　　首先,建立了船舶路徑跟蹤控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。建模是進行控制器設(shè)計的基礎(chǔ)工作,在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,掌握了船舶運動方程和操縱特性,建立了兩種測控任務(wù)模式下的船舶路徑跟蹤控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并基于dS PAC E半實物實時仿真平臺的軟硬件進行了介紹,為后續(xù)的設(shè)計控制器和進行仿真實驗打下了基礎(chǔ)。

4、r>　　針對船舶路徑跟蹤的非線性模型,研究了非線性模型線性化方法。針對測量船單弧段測控任務(wù)模式下的航行設(shè)計了基于狀態(tài)空間模型的預(yù)測控制器,并在S IMULINK平臺上設(shè)計了數(shù)值仿真,實驗結(jié)果驗證了預(yù)測控制策略在測量船單弧段測控模式下路徑跟蹤控制中的可行性。隨后通過dS PAC E半實物仿真平臺對外界干擾下的路徑跟蹤控制進行了實時仿真。
　　針對航天測量船短弧段多圈次測控任務(wù)模式下的保航向航行,研究了兩種多模型預(yù)測控制器設(shè)計方法。一