嫦娥三号软着陆轨道设计与控制策略摘要本文首先在变推力发动机使加速度线性变化的条件下，给出了位置速度状态参数以及推力加速度、推力和秒流量的计算模型，建立了软着陆过程的运动方程，并根据质量计算公式得出了速度增量最小时燃耗最小的结论，此时满足着陆轨道最优的条件，并由上述结论求出该轨道下最小速度增量为1749ms近月点到着陆点的月心角为78，即确定了近月点的位置，根据近月点、远月点和月心在一条直线上也就确定了远月点的位置，然后根据开普勒定律的速度计算公式，确定了椭圆轨道中近月点和远月点的速度。近地点速度为1691kms，方向与月心和近地点连线方向垂直，即速度方向与月心和着陆点连线的夹角为822；远地点速度为1612kms，方向与月心和远月点的连线方向垂直，且与近月点速度方向相反。其次，为了确定软着陆过程6个阶段的最优控制策略，本文根据不同阶段的运动特性建立了模型并给出了3种控制方案，并分别进行了误差分析和敏感性分析，分析了各方案中不同因素对方案的影响，得到可靠的误差范围，并进行了优化。其中，方案一是针对主减速和快速调整段提出的。由于在主减速和快速调整段中，着陆器距离月面相对较高且着陆器走过的月面距离较长，将月球视为平面建立模型会带来较大的偏差。因此，本文将月球视为球体建立了三维动力学模型，表示出着陆器下降速度在坐标系三轴上的分量。然后给定初值进行迭代，从而求得协状态变量或中间变量，最终获得最优控制方案。然后采用蒙特卡洛打靶，假设各误差均符合正态分布，得出了着陆误差分布在1km范围内的结论且在绝大多数情况下着陆的水平速度不大于1ms。方案二是针对粗避障和精避障段提出的。为了避开障碍物，本文采用了基于最大类间方差法的故障检测法，通过这种方法，利用MATLAB对距离月面2400m和100m处的数字高程图进行分析，从而确定故障区域和安全区域。由于存在多个满足条件的区域可以保证着陆器安全着陆，本文又采用了基于螺旋搜索的着陆点选择方法，该方法可以在存在多个满足条件的安全着陆区域的情况下，兼顾能量消耗最少的原则，选择距离当前位置较近的区域实施着陆，但是该方法的误差范围较大，可能会对着陆区域的选择造成较大的偏差。方案三是针对缓速下降阶段提出的。由于在缓速下降段中，着陆器距离月面很近，且着陆器几乎沿竖直方向下降。因此，本文在平面月球二维模型的基础上进行简化，建立了一维动力学模型，得出了该阶段不同过程加速度r