月面巡视器实时动力学建模与牵引控制

为实现月面巡视器GNC系统的闭环测试,研究了六轮摇臂式巡视器在月表崎岖地形、松软土壤和低重力环境下的动力学建模与控制问题。基于弹塑性轮—土力学和粘弹性运动副约束分析,建立了巡视器的牛顿—欧拉动力学模型。以跟踪期望速度、角速度为目标,采用速度协调控制和车轮滑移控制,完成了巡视器闭环牵引控制。在实时操作系统下实现了巡视器动力学模型和牵引控制系统,并建立了三维可视化平台,对该动力学模型和牵引控制方法进行验证。测试结果证实了建立的动力学模型准确、稳定,可以真实地模拟巡视器在月球表面的运动行为和轮—土作用关系,且满足运动副的约束;所设计的牵引控制方法可以较准确地实现巡视器跟踪期望的运动。     

基于天文与速度联合观测的月球车自主导航方法

月球车自主导航系统是其完成月球探测任务的基础和关键,因此针对月球导航的特殊要求设计了一种基于速度和天文联合观测的月球车自主导航方法.首先根据月球表面导航的特殊要求,依据惯性导航的基本原理建立了月球环境下惯性导航系统的姿态、速度和位置误差方程,然后针对月球车载的捷联惯导系统的特点建立了基于速度和天文联合观测的量测方程,由于建立的系统状态方程和量测方程均为线性方程,所以采用了Kalman滤波实现月球车位姿信息的最优估计.仿真结果表明该方法具有很好的位置和姿态估计精度,同时有效抑制了量测噪声对系统性能的影响,是解决月球车自主导航问题的一种有效而实用的方法.     

一种基于粒子滤波的月球车同时定位与地图创建方法

针对月球探测车位置与姿态的准确估计问题,提出了一种基于RBPF粒子滤波的月球车SLAM方法。该方法基于高速激光雷达对环境地貌的观测,通过激光测距值与所建栅格地图之间的匹配实现。鉴于车体的位置估计仍难以彻底消除累积误差,提出了对于月球车平动速度的估计方法,并通过仿真实验验证了该速度估计方法的正确性。为提高粒子滤波的实时性能,提出所有粒子共同维护一幅地图的处理方法,实验表明该方法在明显提高SLAM实时性的同时,并未对滤波效果产生明显影响。
     

基于模糊滑模的月球车驱动控制

研究了运行于自然环境、具有小滑移率及小失配角、六轮独立驱动的摇臂式月球车驱动控制问题。针对以月球车车轮滑移率、方向轮失配角为输人及以月球车车体平动速度、转动速度为输出的动力学方程，利用模糊滑模控制方法设计月球车车轮滑移率，方向轮失配角的控制律．实现月球车的跟踪控制，理论分析及仿真结果表明．基于模糊滑模的月球车动力学系统驱动控制方法是可行的，在实际应用中是有效的。     

基于模糊逻辑的月球车逆运动学求解方法

研究了月球车逆运动学问题，即在月面数字地形图、月球车水平面坐标和航向角给定时，实时估计6轮摇臂转向架式月球车质心高度、位形（configuration）和姿态中的俯仰角和横滚角的问题。分析了6轮摇臂转向架式（rocker-bogie）月球车运动学模型，提出使用模糊逻辑结合虚拟传感器快速实时求解月球车逆运动学问题的新方法。此方法在月球车三维仿真平台中得到验证。实验结果表明此方法求解速度小于1／40s，同时保证月球车车轮到地面的距离小于0．02m。     

基于地球敏感器和加速度计的月球车自主定向算法研究

月球车定向是月球车导航的一个重要组成部分，它是月球车定位的基础和前提。针对这一问题，提出了一种适用于月球车长时间、长距离导航的绝对定向算法。该算法利用非线性最小二乘平差原理对CCD地球敏感器成像进行处理，实现了在月球表面CCD地球敏感器的矢量观测功能。结合加速度计的测角原理，实现了航向角确定。以理论分析和实际推算描述了该定向方法的具体实现过程，最后以仿真结果验证了该方案的可行性，为未来我国月球探测中月球车的实际应用提供了技术参考。