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《基于lawden方程的衛(wèi)星編隊隊形設(shè)計和控制研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、基于Lawden方程的衛(wèi)星編隊隊形設(shè)計和控制研究(申請清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文)培養(yǎng)單位：航天航空學(xué)院學(xué)科：力學(xué)研究生：崔海英指導(dǎo)教師：李俊峰教授二○○五年十月基于Lawden方程的衛(wèi)星編隊隊形設(shè)計和控制研究崔海3英SatelliteFormationDesignandControlBasedonLawden’sEquationsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofEngin
2、eeringbyCuiHaiying(Mechanics)DissertationSupervisor:ProfessorLiJunfengOctober,200514摘要摘要編隊飛行衛(wèi)星具有巨大的口徑或測量基線，在電子偵察、立體成像、精確定位、氣象測量等應(yīng)用領(lǐng)域具有無法比擬的突出優(yōu)勢。本論文基于Lawden方程對衛(wèi)星編隊飛行中的隊形設(shè)計和隊形控制問題進行了系統(tǒng)地研究。在建立Lawden方程的基礎(chǔ)上，研究了方程的模型誤差。由于建立方程過程中的近似處理破壞了地球引力場是中心力場的性質(zhì)，從而導(dǎo)致了Lawden方程解的誤差。在計算衛(wèi)星能量變
3、化率分析模型誤差的基礎(chǔ)上，提出了通過約束相對軌跡的大小和隊形持續(xù)時間來控制模型誤差的方法，從而保證設(shè)計和控制精度?；贚awden方程研究了圓參考軌道和橢圓參考軌道的編隊隊形設(shè)計方法。分析了圓參考軌道的相對軌跡特點，在此基礎(chǔ)上對四種典型編隊形式及其應(yīng)用進行了設(shè)計、分析和仿真；并通過引入相角的概念，給出了圓參考軌道多星編隊隊形的簡便設(shè)計方法。對橢圓參考軌道的三種編隊形式及其應(yīng)用進行了設(shè)計、分析和仿真，編隊相對軌跡的形狀與主星軌道偏心率和初始真近點角密切相關(guān)。研究了基于Lawden方程進行編隊隊形保持控制的方法。建立了編隊隊形保持控制系統(tǒng)
4、模型，并對編隊飛行衛(wèi)星的相對攝動進行了分析和簡化。在此基礎(chǔ)上，對編隊隊形保持的控制策略進行了研究，通過合理的選擇加權(quán)矩陣，控制推力在約束范圍內(nèi)，即用無約束的線性二次型優(yōu)化方法解決有控制約束的優(yōu)化問題。利用開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合的控制方法對衛(wèi)星編隊隊形重構(gòu)控制問題進行了研究，提出了基于路徑規(guī)劃和路徑跟蹤的編隊隊形重構(gòu)控制方法。在求解滿足Lawden方程、采用連續(xù)小推力電推進系統(tǒng)、避免星間碰撞等約束的兩點邊值問題基礎(chǔ)上，得到能量最省的最優(yōu)重構(gòu)軌跡。然后基于線性伺服器工作原理設(shè)計控制律，跟蹤優(yōu)化軌跡。關(guān)鍵詞：衛(wèi)星編隊飛行；Lawden方程；相對軌
5、跡；隊形保持；隊形重構(gòu)14AbstractAbstractTheformationflyingsatelliteshavelargeapertureorlongbaselineandhenceforthsignificantpracticalvalueinmanyfieldssuchaselectronicreconnaissance,three-dimensionalimaging,preciseorientation,atmospheresurveyandsoon.Inthisdissertation,thesatellitefo
6、rmationdesignandcontrolbasedonLawden’sequationsarestudiedsystematically.ThemodelerrorisinvestigatedstartingwiththeestablishmentofLawden’sequations.ThesimplificationonwhichLawden’sequationsaresetupviolatesthetruththattheearthgravityfieldisacentricforcefieldandcausestheso
7、lutionerroroftheequations.Onthebasisofcalculatingthechangerateofthesatellites’energyandanalyzingthemodelerror,amethodtoguaranteethedesignandcontrolprecisionispresentedbyconstrainingthesizeoftherelativetrajectoryandformation-keepinginterval.Theformationdesignmethodforcir
8、cularandellipticreferenceorbitbasedonLawden’sequationsisresearched.Byanalyzingthefeaturesoftherelativetrajecto
