本文關(guān)鍵詞：電動力繩系離軌系統(tǒng)狀態(tài)估計及動力學(xué)分析

  更多相關(guān)文章： 電動力繩 狀態(tài)估計 卡爾曼濾波 粒子濾波 離軌控制

【摘要】：近幾十年的研究顯示,電動力繩在空間科學(xué)和空間應(yīng)用中具有巨大的發(fā)展?jié)摿�。本文針對電動力繩系離軌問題,基于理論和數(shù)值仿真,研究了電動力繩系離軌系統(tǒng)的狀態(tài)估計及其離軌控制方法。首先,針對電動力繩系系統(tǒng)在軌運行面臨的實時狀態(tài)觀測問題,建立了系統(tǒng)的非線性動力學(xué)方程與觀測方程。通過建立的精確地磁模型,獲得了繩系離軌過程中主要受到的攝動力,并采用修正軌道六根數(shù)進(jìn)行了軌道動力學(xué)建模。其次,以貝葉斯估計理論為基礎(chǔ),用擴(kuò)展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波、和求容積卡爾曼濾波等實現(xiàn)了繩系系統(tǒng)的實時狀態(tài)觀測,對比了各種濾波算法對于實現(xiàn)狀態(tài)觀測的性能。結(jié)果表明,對于太空非高斯噪聲環(huán)境,傳統(tǒng)的濾波算法難以獲得理想的狀態(tài)觀測性能,而多模高斯近似和求容積卡爾曼濾波相結(jié)合,在保證濾波性能的同時能夠解決閃爍噪聲干擾的問題。進(jìn)一步,為避免混合高斯濾波的復(fù)雜度,研究了粒子濾波算法。無跡粒子濾波仿真結(jié)果表明,粒子濾波算法簡單且易于實現(xiàn),能夠基本實現(xiàn)電動力繩系系統(tǒng)的狀態(tài)跟蹤。最后,對于電動力作用產(chǎn)生的繩系失穩(wěn)問題,以電流為控制量,研究了開關(guān)控制和基于能量判定的非線性模型預(yù)測控制,結(jié)合狀態(tài)估計算法進(jìn)行了離軌過程的動力學(xué)仿真。本文研究的電動力繩系系統(tǒng)狀態(tài)估計算法與離軌控制,通過狀態(tài)觀測的方式獲得系統(tǒng)狀態(tài)的實時反饋,并實現(xiàn)了電動力繩系離軌的穩(wěn)定控制,為電動力繩的空間應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：電動力繩 狀態(tài)估計 卡爾曼濾波 粒子濾波 離軌控制
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V442
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 引言14-15
• 1.2 電動力繩系理論研究15-18
• 1.2.1 繩系動力學(xué)模型15-17
• 1.2.2 繩系動力學(xué)研究17-18
• 1.3 空間電荷收集發(fā)射技術(shù)18-19
• 1.3.1 被動收集發(fā)射技術(shù)18-19
• 1.3.2 主動收集發(fā)射技術(shù)19
• 1.4 電動力繩系在軌試驗研究19-21
• 1.5 本文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排21-22
• 第二章 電動力繩建模22-33
• 2.1 地磁場模型22-25
• 2.2 電動力繩系動力學(xué)25-29
• 2.3 軌道動力學(xué)29-32
• 2.3.1 攝動力分析30-31
• 2.3.2 軌道攝動方程31-32
• 2.4 小結(jié)32-33
• 第三章 非線性狀態(tài)估計33-49
• 3.1 卡爾曼濾波算法33-39
• 3.1.1 擴(kuò)展卡爾曼濾波算法33-34
• 3.1.2 無跡卡爾曼濾波算法34-35
• 3.1.3 求容積卡爾曼濾波算法35-36
• 3.1.4 仿真算例36-39
• 3.2 混合高斯近似濾波算法39-43
• 3.2.1 算法構(gòu)建39-40
• 3.2.2 仿真算例40-43
• 3.3 粒子濾波算法43-47
• 3.3.1 UPF算法44-46
• 3.3.2 仿真算例46-47
• 3.4 小結(jié)47-49
• 第四章 離軌控制49-58
• 4.1 電流模型49
• 4.2 電流開關(guān)控制49-52
• 4.3 非線性模型預(yù)測控制52-57
• 4.3.1 NMPC算法52-53
• 4.3.2 基于能量判定的NMPC控制算法設(shè)計53-55
• 4.3.3 仿真算例55-57
• 4.4 小結(jié)57-58
• 第五章 總結(jié)58-59
• 5.1 本文主要的工作與貢獻(xiàn)58
• 5.2 未來工作的展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-67
• 致謝67-68
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：694125