嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略毕业论文(编辑修改稿)

嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

 （ 13） 根据动力下降段的起点位置可以 确定动力学方程初值条件，由于起点处于霍曼转移轨道（椭圆轨道）的近地点，故其初始条件为： )2(1000000ABBAAARRRRRvRr (14) 终端条件为实现软着陆，即 着陆器 x y F 月球 O r图 523 月球软着陆极坐标系 10 00fffvRr （ 15） 其中终端条件中对终端极角 f 及终端时间 tf 无约束。 我们取优化变量为制动发动机推力方向角 )(t。 优化的 性能指标为在满足上述初始条件和终端条件的前提下，使得着陆过程中消耗燃料最少，即   ftt dttmJ 0 )( （ 16） 模型三的求解过程及分析 对此类蚁群算法的求解较为复杂，首先介绍以下求解的理论知识： 本文也采用直接法进行轨迹优化，由于优化变量 )(t 的搜索空间是一个泛函空间，无法直接应用优化算法，因此首先要将这个 轨迹优化问题转化参数优化问题。 采用函数逼近法进行参数化。 在这里设主发动机的推力方向角 )(t 可以表示成一个多项式的形式，即： )(t = 2210 tt   （ 17） 这些轨迹优化问题就转化为对多项式系数 210 ,  三个参数的优化，但这三个参数没有明确的物理意义，确定初值及搜索空间比较困难，为此本文对函数逼近法作进一步改进。 首先将月球 软着陆轨迹离散化，由题中划分成 6 个小段，每段的节点设定一个推力方向角，那么可以将 7 个节点的推力方向角和终端时刻 tf作为待优化的参数。 每个节点的时刻可以由下式得到： ti=t0+i（ tft0） /n， （ i=0,1， 6） （ 18） 这样，就使得每个节点的推力方向角都有一个对应的节点时刻。 那么利用者 7 个节点的推力方向角及对应时刻对式（ 17）进行拟合，可以求得多项式的系数 i （ i=0,1,2），进而得到整个着陆轨迹的推力方向角曲线 )(t。 用于多元连续函数的 DACA 算法与一元函数类似。 设有 8 个优化参数，并要求第 k 个优化参数精确到小数点后 dk 位，那么可按照一元函数的情况从左到右依次构建  81 )1(k kd列城市，其余路径转移规则、信息素更新规则和局部搜索策略都与一元连续函数情况相同。 11 下面给出 DACA 算法应用过程的具体步骤： （ 1）设置初始参数，包括蚂蚁数 num_ ant，循环次数 num_clc，挥发系数  ，调节系数 K、 Q，所有路径信息素量初值 0 ，蚂蚁初始位置等。 （ 2）根据式（ 14）计算每只蚂蚁的转移概率，然后依据赌轮原则为每只蚂蚁选择下一个路径城市。 重复上述操作直至所有蚂蚁均完成一次循环。 （ 3）将每只蚂蚁的路径解码为优化参数值，计算目标函数值，找出最好的前10 只蚂蚁的路径。 然后根据局部搜索策略规则更新相关路径上的信息素。 （ 4）判断是否满足终止条件，不满足则重复（ 1）至（ 3）步过程；满足则结束计算输出结果。 用函数逼近法进行参数化的相关参数设置为：设将轨迹离散化划为 6 段，那么待优化参数共 8 个参数，即 7 个推力方向角和 1 个终端时刻 ft。 在用蚁群算法进行优化过程中需要确定这个 8 个优化参数的搜索范围。 对于 7 个方向角，由经验可知，推力方向与着陆器速度反方向夹角不会超过 90 度，否则着陆器将会被加速，燃料消耗将更多。 所以确定 7 个推力的方向角的变化范围为 : o0  i o90 ,i=1,2,… ,7 （ 19） 对于终端时刻 ft ，很据齐奥尔科夫斯基公式和软着陆初始条件，可由下式估计： )/) ) (/)e x p ( (1( 0 FmIIVVt ospspff  （ 20） （式中 fV 和 0V 分别表示着陆器的终端速度和初始速度，经计算确定 ft 搜索范围为（单位秒）： 500 ft 800 (21) 十进制蚁群算法中的相关参数设置如表 532 所示： 实验的结果分析：  5 5 0 Q K 50 num_clccCLC ———— num_antt 1000 表 532 DACA 算法相关参数 12 我们能通过仿真实验大致得出 0 =， 1 = , 2 =； 得出两阶线性方程的表达式为： )(t = tt  （ 22） 可知在主减速阶段：运动的轨迹方程大致用式（ 22）表示，运动轨迹大致为抛物线； 在快速调整段的主要是调整探测器姿态，需要从距离月面 3km 到 处将水平速度减为0m/s，这需要调节四周的姿态发动机使主减速发动机的推力竖直向下，之后进入粗避障阶段；粗避障段的范围是距 离月面 到 100m区间，其主要是要求避开大的陨石坑，实现在设计着陆点上方 100m处悬停，同样需要调整姿态发动机，并初步确定落月地点。 嫦娥三号在距离月面 处对正下方月面 错误 !未找到引用源。 2300m 的范围进行拍照，获得数字高程如图所示 （ 相关数据文件 见 附件 3）， 并嫦娥三号 在月面的垂直投影位于预定着陆区域的中心位置。 图 524：距月面 2400m处的数字高程图 之后进入 精避障段：要求嫦娥三号悬停在距离月面 100m处，对着陆点附近区域。