小行星探測器跳躍行走導(dǎo)航與控制策略研究.pdf

1、小行星探測是當(dāng)今空間探測新的發(fā)展方向，其中在小行星表面巡游探測方式對行星的探索與開發(fā)具有重要意義。小行星探測器跳躍行走方案相對于輪式探測器更能適應(yīng)小行星表面的微重力場環(huán)境，是未來針對小行星表面探測的重要形式，進行跳躍行走的動力學(xué)、導(dǎo)航和控制策略研究是進行小行星探測器方案設(shè)計的基礎(chǔ)研究工作和設(shè)計依據(jù)。本文即對此展開研究，主要研究內(nèi)容有：
　　首先進行小行星探測器跳躍行走方案的動力學(xué)建模。建立跳躍探測器的3D動力學(xué)模型，探測器通過飛輪

2、加速產(chǎn)生的反作用力矩起跳，并在小行星表面跳躍行走直至停止，探測器與小行星表面的法向接觸力采用基于Hertz定律和非線性阻尼函數(shù)的非線性彈簧-阻尼模型，切向接觸力采用Karnopp摩擦力模型，最后進行數(shù)學(xué)仿真以驗證方案的可實現(xiàn)性。
　　然后研究小行星探測器跳躍行走運動的導(dǎo)航系統(tǒng)。由于加速度計低成本、小體積和低重量等優(yōu)點，本文基于無陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航原理，結(jié)合小行星跳躍探測器的實際應(yīng)用情況，提出一種十二加速度計+單速率陀螺儀的

3、導(dǎo)航配置方案，對探測器在小行星表面的跳躍行走運動進行導(dǎo)航。然后對角速度的解算方法進行研究，提出一種采用單速率陀螺儀的開方法來解算角速度，并設(shè)計出卡爾曼濾波器，以此提高角速度的解算精度。根據(jù)解算出的角速度和碰撞前的運動參數(shù)，本文基于沖量理論提出三種方法來獲取碰撞后速度和位置的導(dǎo)航信息，分析三種方法的優(yōu)缺點，并進行仿真驗證。
　　最后研究跳躍探測器在小行星表面的運動規(guī)劃與控制。主要研究能夠使探測器能夠跳躍的飛輪所需要產(chǎn)生的力矩，探索施