基于模型預(yù)測和擾動觀測的新型火星探測器大氣進(jìn)入段制導(dǎo)與控制方法研究.pdf

1、火星探測是深空探測的一部分，具有探索太陽系和宇宙、擴(kuò)展人類的生存空間、積極開發(fā)和利用空間資源、服務(wù)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)意義。幾十年來，人類多次向火星發(fā)射火星探測器，在美國宇航局成功發(fā)射“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”(“好奇號”，Mars Science Laboratory, MSL)之前，火星探測任務(wù)一般采用無升力控制的彈道式進(jìn)入，導(dǎo)致落點(diǎn)誤差圓的半徑達(dá)到數(shù)百千里，無法滿足未來火星探測任務(wù)對著陸精度的要求。
　　本文基于火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的模型，采

2、用跟蹤參考軌跡的阿波羅方式進(jìn)入制導(dǎo)，著重圍繞火星大氣進(jìn)入段的軌跡優(yōu)化和軌跡跟蹤問題展開了研究，具體內(nèi)容如下:
　　首先建立了火星重力場模型、大氣密度模型和探測器結(jié)構(gòu)模型;在七大坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上推導(dǎo)和建立了考慮火星自轉(zhuǎn)與不考慮自轉(zhuǎn)的進(jìn)入段動力學(xué)模型。
　　接著利用高斯偽譜法進(jìn)行大氣進(jìn)入段的探測器軌跡優(yōu)化問題研究。以傾側(cè)角為控制變量，取終端高度（開傘點(diǎn)高度）最大為性能指標(biāo)，在滿足進(jìn)入段邊界約束、路徑約束（動壓約束和駐點(diǎn)熱流密度約束

3、）和控制約束的情況下進(jìn)行軌跡優(yōu)化，得到了滿足各類約束的最大開傘高度和大氣進(jìn)入的參考軌跡。
　　然后在不考慮火星自轉(zhuǎn)時(shí)，利用多模型約束預(yù)測控制對進(jìn)入?yún)⒖架壽E進(jìn)行跟蹤制導(dǎo)。在進(jìn)入時(shí)域取若干操作點(diǎn)，將動力學(xué)模型在各個(gè)操作點(diǎn)處線性化;對于每一個(gè)線性化的子模型設(shè)計(jì)約束預(yù)測控制;多個(gè)約束預(yù)測控制器通過切換策略進(jìn)行整合。和基于PID控制的增益調(diào)度方法對比仿真表明，多模型約束預(yù)測控制在存在大氣進(jìn)入初值攝動、氣動模型不確定性的情況下有很高的跟蹤精度