拉格朗日點附近編隊飛行動力學與控制方法研究.pdf

1、本論文基于深空探測中的三體動力學模型，對拉格朗日點附近的編隊飛行技術(shù)進行系統(tǒng)和深入分析，針對編隊方案設(shè)計時所面臨的動力學與控制問題，結(jié)合三體力學模型與拉格朗日點的動力學特性，對編隊方法的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，力求為未來編隊飛行任務(wù)的規(guī)劃、設(shè)計提供一定的理論和技術(shù)支持，也為今后深空探測技術(shù)的發(fā)展提供一定的借鑒。主要研究內(nèi)容包括以下幾方面：
　　研究了三體問題的編隊動力學建模和構(gòu)型設(shè)計問題。對拉格朗日點及其動力學機理進行了分析，包括坐標系

2、建立及穩(wěn)定性等，給出了存在于拉格朗日點附近的解析周期和擬周期軌道，以及校正的數(shù)值積分軌道；然后，建立帶第四體引力攝動的三體非線性編隊動力學方程，為控制方案設(shè)計提供前提。同時，基于日地系共線拉格朗日點的Halo軌道解析式定性分析了主要系統(tǒng)參數(shù)對構(gòu)型的影響，針對帶第四體引力攝動的非線性編隊動力學方程，研究了編隊初始化時刻與編隊構(gòu)型有界性的關(guān)系，并與線性化方法做了比較。此外，基于Hamilton等能量曲線與微分修正Halo軌道，設(shè)計了自然編隊

3、方案，為編隊系統(tǒng)的方案設(shè)計和控制參數(shù)的選擇提供了基礎(chǔ)。
　　研究了編隊飛行的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和共線拉格朗日點附近的周期軌道保持控制問題。從編隊的控制拓撲角度，分析了編隊的集中控制和分散控制結(jié)構(gòu)，并基于多飛行器的線性動力學給出了分散式狀態(tài)反饋控制器的構(gòu)造過程，設(shè)計了滿足燃耗及編隊質(zhì)心指標的平面構(gòu)型機動，對分散式控制策略的優(yōu)缺點進行分析。進而，基于日地系共線拉格朗日點附近無控運動的周期性，設(shè)計了保持控制方案，對傳統(tǒng)靶點法和基于周期軌道單值

4、矩陣的Floquet法進行了仿真研究。使得在存在一定初始軌道偏差條件下，通過軌控方案將飛行器保持在一定精度的軌道范圍內(nèi)，為編隊的相對軌道控制及分散式控制提供條件。
　　研究了共線拉格朗日點附近編隊基線的機動與保持控制問題。從線性方案和非線性方案兩個角度進行了研究。基于主飛行器和編隊的非線性動力學方程，得到編隊動力學線性化描述，進而設(shè)計線性控制器，在滿足一定閾值的條件下，實現(xiàn)編隊的機動和保持。然后，根據(jù)高精度的控制要求，研究了非線性

5、的編隊控制方法?；诰庩牭姆蔷€性狀態(tài)空間描述和兩種RTBP模型，對編隊建模的不確定性問題進行分析，并考慮到第四體攝動和光壓攝動，利用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計控制器，有效地補償建模誤差和非線性攝動對編隊保持精度的影響。
　　研究了地月三角拉格朗日點編隊及基于編隊的干涉任務(wù)設(shè)計問題。針對地月系三角拉格朗日點的特殊性，在構(gòu)建了地月4L點附近編隊動力學方程的基礎(chǔ)上，進行任務(wù)分析、編隊構(gòu)型設(shè)計等相關(guān)研究；基于解析相對運動分析共面主從編隊、跟隨編隊