嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略建模word版

由天下分享时间：2024/10/21 16:40:47 加入收藏我要投稿点赞

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2014年高教社杯全国大学生数学建模竞赛

承诺书

我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.

我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。

我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。

我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。

我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： C 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：所属学校（请填写完整的全名）：参赛队员 (打印并签名) ：1. 2. 3. 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)：

日期： 2009 年 9 月 12 日

赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：

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2009高教社杯全国大学生数学建模培训竞赛

编号专用页

评阅人评分备注赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：

赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）：

全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：

全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：

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嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略

摘要

本文根据题目的要求建立了合理的嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略模型模型。，我们借助多种数学软件的优势挖掘出大量数据潜在的信息，并将其合理运用，在此基础上，以最优控制策略为最大目标，长远发展为原则，制定出信息不足条件下的量化综合评价体系。

在本文所建立的模型中，我们采取了层次分析法（AHP）、数据统计拟合以及整数线性规划相结合的手段，这样既借鉴了层次分析法综合评价的优势，又克服了该法中主观因素的不确定性，使模型更具有科学性，要确定着陆准备轨道近月点和远日点的位置，以及嫦娥三号相应速度的大小和方向。考虑了月球自转，针对三维空间内精确定点软着陆问题利用参数化控制解决了变推力软着陆最优控制问题，此外还针对仅知制动初始点到月心距离而具体位置未知的情况，对初始点（近月点）的选取进行了研究。

关键字：嫦娥三号着陆点最优控制策略科氏定律矩阵

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1、问题重述

1.1 背景资料

根据计划，嫦娥三号将在北京时间12月14号在月球表面实施软着陆。嫦娥三号如何实现软着陆以及能否成功成为外界关注焦点。目前，全球仅有美国、前苏联成功实施了13次无人月球表面软着陆。

目前，全球仅有美国、前苏联成功实施了13次无人月球表面软着陆。北京时间12月10日晚，嫦娥三号已经成功降轨进入预定的月面着陆准备轨道，这是嫦娥三号“落月”前最后一次轨道调整。在实施软着陆之前，嫦娥三号还将在这条近月点高度约15公里、远月点高度约100公里的椭圆轨道上继续飞行。期间，将稳定飞行姿态，对着陆敏感器、着陆数据等再次确认，并对软着陆的起始高度、速度、时间点做最后准备。由于月球上没有大气，嫦娥三号无法依靠降落伞着陆，只能靠变推力发动机，才能完成中途修正、近月制动、动力下降、悬停段等软着陆任务。据了解，嫦娥三号主发动机是目前中国航天器上最大推力的发动机，能够产生从1500牛到7500牛的可调节推力，进而对嫦娥三号实现精准控制。在整个“落月”过程中，“动力下降”被业内形容为最惊心动魄的环节。

问题一主要是确定着陆准备轨道近月点和远月点的位置，以及嫦娥三号相应速度的大小与方向。本文同样考虑了月球自转，针对三维空间内精确定点软着陆问题利用参数化控制解决了变推力软着陆最优控制问题，此外还针对仅知制动初始点到月心距离而具体位置未知的情况，对初始点的选取进行了研究。

问题二：确定嫦娥三号的着陆轨道和在6个阶段的最优控制策略。

问题三：对于你们设计的着陆轨道和控制策略做相应的误差分析和敏感性分析。

3、模型假设

1、假设卫星或飞船相对于地球极小可以看做质点

2、假设地球是个规则球体，质量集中于地心 3、假设外界引力对该系统可忽略不计 4、忽略影响测控站布置的地理因素

5、不考虑测控站周围地理环境和天气环境对嫦娥三号测控的影响

4、符号说明

o 坐标原点，代表月心

ox 指向月球赤道相对于白道的升交点

oy 指向月球自转角速度方向

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