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1、碩士學(xué)位論文自重構(gòu)衛(wèi)星的重構(gòu)路徑規(guī)劃算法研究RESEARCHONRECONFIGURATIONPATHPLANNINGALGORITHMFORSELF-RECONFIGURABLESATELLITES陳欣哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國內(nèi)圖書分類號：V448.2學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：629.78密級：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文自重構(gòu)衛(wèi)星的重構(gòu)路徑規(guī)劃算法研究碩士研究生：陳欣導(dǎo)師：孫兆偉教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：航空宇航科學(xué)與技術(shù)所在單位：衛(wèi)星技術(shù)研究所答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱
2、工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:V448.2U.D.C:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONRECONFIGURATIONPATHPLANNINGALGORITHMFORSELF-RECONFIGURABLESATELLITESCandidate：CHENXinSupervisor：Prof.SUNZhaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciali
3、ty：AerospaceScienceandTechnologyAffiliation：ResearchCenterofSatelliteTech.DateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要自重構(gòu)衛(wèi)星由于其可在軌實現(xiàn)變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)而具有廣泛的應(yīng)用前景，除了設(shè)計衛(wèi)星模塊的結(jié)構(gòu)外，規(guī)劃衛(wèi)星實現(xiàn)構(gòu)型重組的運(yùn)動路徑也成為應(yīng)用難題。由于自重構(gòu)衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)獨(dú)特性決定了其
4、基本運(yùn)動方式，針對某種自重構(gòu)模塊提出的運(yùn)動規(guī)劃算法往往具有專一性，難以得到廣泛的應(yīng)用拓展。本文在對國內(nèi)外多種自重構(gòu)機(jī)器人的運(yùn)動特點(diǎn)展開深入研究后，綜合M-Blocks及Miche機(jī)器人的等優(yōu)點(diǎn)，提出一種旋轉(zhuǎn)式運(yùn)動的立方體對稱結(jié)構(gòu)的自重構(gòu)衛(wèi)星，并且以此為研究對象研究了自重構(gòu)衛(wèi)星構(gòu)型表達(dá)、重構(gòu)運(yùn)動規(guī)劃算法等內(nèi)容。衛(wèi)星整體的工作空間與功能實現(xiàn)都與衛(wèi)星的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，根據(jù)模塊具有的運(yùn)動自由度，提出基于圖論理論的位置矩陣與連接矩陣結(jié)合的數(shù)學(xué)描述方法表達(dá)衛(wèi)星構(gòu)型。利用這兩個矩陣，結(jié)合自重構(gòu)衛(wèi)星的運(yùn)動規(guī)則，建立基
5、于MATLAB語言的二維及三維模塊單步運(yùn)動的可運(yùn)動構(gòu)型庫。并且為保留衛(wèi)星模塊在旋轉(zhuǎn)過程中變換的姿態(tài)信息，本文研究出模塊在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中的姿態(tài)變換矩陣。在運(yùn)動規(guī)則基礎(chǔ)上，本文首先設(shè)計出二維平面內(nèi)重構(gòu)運(yùn)動的集中式規(guī)劃算法，得到數(shù)學(xué)仿真驗證算法的可行性。然后提出針對衛(wèi)星模塊三維運(yùn)動的集中式分層運(yùn)動規(guī)劃算法，并將三維運(yùn)動降維至二維運(yùn)動，利用二維平面內(nèi)重構(gòu)運(yùn)動規(guī)劃算法以降低路徑的規(guī)劃難度。考慮到實際任務(wù)中個別功能模塊衛(wèi)星具有指向性約束，結(jié)合模塊運(yùn)動的姿態(tài)信息，完成對有模塊姿態(tài)約束的衛(wèi)星重構(gòu)運(yùn)動路徑規(guī)劃。為提高重構(gòu)運(yùn)動
6、的效率，使衛(wèi)星能夠快速由初始構(gòu)型變構(gòu)至目標(biāo)構(gòu)型，本文利用自重構(gòu)衛(wèi)星對局部周圍環(huán)境的感知能力和自主決策、獨(dú)立運(yùn)動的特點(diǎn)，提出分布式運(yùn)動規(guī)劃算法控制多個模塊同時向目標(biāo)位置運(yùn)動，并通過仿真驗證規(guī)劃算法的有效性，并與集中式運(yùn)動規(guī)劃算法進(jìn)行比較，得到較好的結(jié)果。最后，本文對分布式運(yùn)動規(guī)劃算法進(jìn)行改進(jìn)，并將其應(yīng)用于含有姿態(tài)約束模塊的衛(wèi)星重構(gòu)運(yùn)動中，控制包括姿態(tài)約束模塊在內(nèi)的多個衛(wèi)星模塊同時向目標(biāo)構(gòu)型運(yùn)動，并通過數(shù)學(xué)仿真得到的結(jié)果驗證改進(jìn)后算法的可行性與高效性。關(guān)鍵詞：自重構(gòu)衛(wèi)星，路徑規(guī)劃，模塊姿態(tài)約束，模塊分布式運(yùn)
7、動，構(gòu)型最佳匹配-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractSelf-reconfigurablesatelliteshaveawiderangeofapplicationprospectsduetotheirvariablestructureinorbit.Inadditiontodesigningthestructureofthesatellitemodule,howtoplanthereconfigurationofthesatelliteconfigurationhasbecomeadi
8、fficultprobleminapplications.Theuniquenessofthestructureoftheself-reconfigurablesatellitedeterminesitsmotionrules.Therefore,theproposedreconfigurationplanningalgorithmisoftenspecificanddifficulttobewidelyused.Afterdeeplyre
