基于能量转换原理的小天体多节点柔性着陆器控制方案

作     者：柴敬轩 梅杰 龚有敏 郭许发 马广富 吴伟仁 CHAI JingXuan;MEI Jie;GONG YouMin;GUO XuFa;MA GuangFu;WU WeiRen

作者机构：哈尔滨工业大学(深圳)空天科技学院深圳518000 哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院深圳518000 

基　　金：国家重点研发计划(编号:2019YFA0706500) 国家自然科学基金(编号:62273118,12150008)资助项目 

出 版 物：《中国科学:物理学、力学、天文学》 (Scientia Sinica Physica,Mechanica & Astronomica)

年 卷 期：2025年第55卷第2期

页      码：183-196页

摘      要：由于小天体引力场不规则且微弱,常规着陆器在着陆时往往会面临弹跳问题,近期学界提出一种多节点柔性着陆器,有望解决着陆弹跳问题.但是新设计也带来了新的挑战,多节点柔性着陆器的多节点在柔性材料包覆下的控制问题就是其中之一.为解决该问题,首先基于port-Hamilton(pH)系统建立了多节点柔性着陆器的动力学模型.考虑到节点在柔性体内的运动实际上是一种动能与弹性势能的转换,因此从能量平衡的角度出发提出了节点构型控制器.为使每个节点的下降轨迹符合着陆约束,提出了节点跟踪虚拟中心的控制框架,并以ZEM/ZEV的最优反馈制导律为例构建虚拟中心轨迹,进一步设计各节点对虚拟中心的跟踪控制器,然后根据Lyapunov理论证明了所提出控制器的稳定性.最后,以多节点柔性着陆器从悬停点到着陆目标点为场景构建仿真实验,仿真结果表明所提出的控制器具有良好的跟踪能力和构型控制能力,进一步通过蒙特卡罗实验验证了所提控制器的鲁棒性与适用性.

主 题 词：小天体附着 多节点柔性着陆器 port-Hamilton系统 跟踪控制 构型控制 

学科分类：08[工学] 081105[081105] 0835[0835] 0802[工学-机械学] 0811[工学-水利类] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.1360/SSPMA-2024-0305

馆 藏 号：203156510...