挠性航天器大角度机动的振动抑制控制

建立了带变速控制力矩陀螺群的挠性航天器的动力学模型,应用误差四元数来描述姿态运动,将星体大角度姿态机动问题转化为误差四元数的调节问题.针对挠性航天器三轴同时姿态机动时挠性附件的振动抑制问题,提出了基于动态输出反馈控制的振动抑制方法,设计了仅利用姿态四元数而无需以角速度测量、挠性变形位移及速率测量作为反馈的动态控制规律.基于Lyapunov方法证明了所设计的动态控制器保证了姿态的渐近稳定和模态振动的衰减.基于Matlab/Simulink进行了仿真验证,结果表明了所提出的控制方法的可行性和有效性.     

基于一致性算法的卫星编队姿轨耦合的协同控制

针对卫星编队一主多从结构的相对轨迹、姿态的协同控制问题,提出了一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。该控制策略将分布式控制思想引入卫星编队飞行的相对轨迹、姿态的动力学系统中,使各从星保持编队构型的同时沿期望轨迹相对主星绕飞。从理论上证明了系统的渐近稳定以及对外部干扰的抑制,并基于一致性算法理论定量地分析了通信拓扑结构为有向图情况下控制器参数的选择范围。此外,利用星星间的相对位置信息确定各从星的期望姿态和角速度,以确保对卫星编队进行姿态协同控制,达到跟踪同步的目的。最后将提出的算法应用于卫星三角形编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有潜在的应用前景。     

空间绕飞任务中航天器姿态跟踪的鲁棒控制

研究了空间绕飞任务中从航天器对主航天器进行观测时的姿态跟踪控制问题,提出了综合考虑挠性、外部扰动和参数不确定性等因素的输入饱和鲁棒控制器设计方法。根据主、从航天器的质心相对运动信息,解算出了从航天器的期望跟踪姿态。为保证从航天器跟踪期望姿态时控制器的有界性和强鲁棒性,将文献中已有的一种一阶滑模姿态调节控制器推广到了姿态跟踪的情况。进一步,为消除一阶滑模控制的高频抖振问题,将姿态跟踪问题转化成了标准的二阶滑模控制问题,提出了一种连续的二阶滑模姿态跟踪控制器。仿真结果表明,本文算法能有效实现绕飞过程中的姿态跟踪,同时具有强鲁棒性。     

稀薄流区的多弹协同编队构型生成策略设计

针对多枚子弹在稀薄大气层的编队飞行控制问题,进行了相关研究。基于反作用控制系统(reaction control system, RCS)的姿轨控制技术,提出一种新的协同编队策略,满足所需的空间构型约束,以实现对目标的精确定位。考虑最优空间构型约束,完成了协同制导方案设计,并利用经典的比例积分微分(proportion integration differentiation, PID)控制律实现了对子弹姿态的稳定跟踪和控制。采用脉宽脉频(pulse width pulse frequency, PWPF)调制技术将连续的控制量转换成等效的喷管开关指令,在保证姿态稳定控制的前提下有效减小了发动机的燃料消耗。仿真结果表明,该协同制导控制策略可保证子弹在飞行过程中的姿态稳定,并使其空间构型逼近最佳构型。     

考虑姿态禁忌约束的航天器安全姿态跟踪控制

针对航天器姿态跟踪过程中的姿态约束问题,提出了一种基于势函数的安全姿态机动控制算法。与姿态定点机动的姿态约束问题不同,引入误差四元数和误差角速度,建立了航天器姿态跟踪误差模型。采用四元数描述了姿态禁忌区域,并根据禁止姿态最小允许角构造了一种新的规避高斯势函数。利用规避势函数和吸引势函数得到安全姿态机动控制器,对于无扰动和有扰动的情况分别分析了闭环控制系统的Lyapunov稳定性。最后,对于有约束的姿态跟踪情况进行了计算机数值仿真。仿真结果表明,所提出的控制方法既能实现姿态跟踪的目的,又能确保航天器在机动过程中不会进入姿态禁忌区域。     

含有通信时滞的多航天器SO(3)姿态协同控制

针对多航天器系统姿态协同问题,提出了存在通信时滞情形下基于特殊正交群SO(3)的协同控制设计方法。采用SO(3)对姿态进行统一描述,并结合有向通信拓扑对协同控制系统进行建模。在此基础上设计了旋转矩阵形式的协同指令,定义SO(3)上的协同误差以构造协同控制器。引入补偿滤波器对系统的时滞状态进行补偿,从理论上对设计的SO(3)协同控制器进行了稳定性分析和证明,保证了对指令信号的有效跟踪,从而实现航天器之间的姿态协同。通过仿真对所提方法进行了验证,仿真结果表明,所提出的基于SO(3)的姿态协同控制方法是可行、有效的。     

无人机集群分组编队控制跟踪一体化设计

针对具有Lipschitz非线性动力学特性的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群系统的分组编队跟踪控制问题,提出了一种基于一致性理论的分组编队协同控制方法。首先,建立分层双虚拟结构的协同控制框架,将多编队生成、保持以及组内组间协同变换等复杂编队任务作为控制目标,基于参数组的队形描述方法,在分层控制框架内分别设置轨迹导引UAV和基准UAV,并利用UAV之间的局部运动信息设计编队控制律,克服了采用现有多编队控制策略编队间难以协同的缺陷;其次,设计多编队控制和目标跟踪一体化控制策略,确保在多编队进行协同变换的同时实现对机动目标的精确协同跟踪;最后,仿真结果验证了所提的控制算法能够实现分组编队的跟踪控制。     

含时变时延的卫星编队姿态协同自适应滑模L2 增益控制

针对带有时变通信时延和输入时延的卫星编队飞行姿态协同控制问题,考虑卫星转动惯量参数不确 定性及干扰,提出了一种自适应滑模犔２ 增益控制算法。该方法首先利用自适应参数辨识技术对由转动惯量参数 不确定给系统带来的扰动上界进行估计,进而设计了含时变时延信息的滑模自适应控制器,构造Ｌｙａｐｕｎｏｖ Ｋｒａ ｓｏｖｓｋｉｉ函数,从理论上证明了闭环系统在该控制器作用下可以协同达到渐进稳定。在此基础上,进一步考虑存在 外部干扰的影响,定义包括外部干扰与自适应参数估计误差在内的广义干扰,设计了对广义干扰具有犔２ 增益抑 制作用且含时变时延信息的姿态协同控制器。最后,仿真结果表明了所提出的控制器的可行性、有效性。     

星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同

研究星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同问题。首先,简介主SAR卫星与伴随卫星编队所构成干涉测量系统的工作原理,当主SAR卫星施加偏航导引补偿多普勒频移时,为实现波束指向同步,伴随编队需进行构形与姿态的协同控制。给出协同控制框架结构图,通过设置轨道协同规划器与姿态协同规划器明确了解决方案;进而从构形规划、姿态规划、构形与姿态协同控制三方面具体地阐述伴随编队的协同控制技术。最后对构形保持、姿态规划和姿态控制进行数值仿真,结果表明伴随编队的协同控制满足波束指向同步要求,所提出的协同控制方案具有可行性。     

柔性航天器自适应多层神经网络跟踪控制方法

针对柔性航天器的姿态跟踪以及振动抑制问题,提出了一种自适应多层神经网络控制方法。利用自适应多层神经网络来补偿系统的非线性项,利用光滑变结构项来补偿神经网络逼近误差及外部干扰。柔性航天器为典型的一个中心刚体加柔性附件的结构,假设模型参数未知并且具有任意的有限维。控制器只利用姿态角和角速度信息进行反馈控制,不需柔性附件振动信息。最后,实验表明该方法可以有效地完成姿态跟踪和振动抑制。     

太阳帆板故障模式展开动力学仿真

基于ADAMS软件，对柔性太阳帆板展开与锁定过程进行了动力学仿真分析，详细地研究了太阳帆板展开与锁定过程对航天器本体姿态运动的影响，并且重点研究了两种典型故障模式下太阳帆板展开与锁定过程对航天器本体姿态运动的影响，一种故障模式为一侧两块太阳帆板故障，另一侧太阳帆板正常展开；另一种故障模式为有一块太阳帆板展开机构故障，由同步机构协调展开。给出了航天器本体姿态运动以及太阳帆板展开过程动力学特性等仿真结果，并初步提出了故障模式下的动力学辅助展开策略的建议，对航天器姿态控制系统的设计以及地面试验提供了参考和依据。     

某型航天器对接控制过程的建模与仿真研究

研究了航天器与空间站对接过程的建模与控制问题。建立包括质心运动、刚体姿态运动和挠性结构弹性振动的对接系统的全面运动数学模型，分析了对接控制中需要注意的几个问题和具体的控制方案，最后通过计算机仿真说明了该控制方案的有效性。     

挠性飞行器飞轮姿态控制系统设计

针对带有大型太阳帆板的挠性空间飞行器动力学特性十分复杂的特点，通过合理的假设，采用单轴解耦分析姿态控制系统稳定性问题。采用极点配置法，按照刚体卫星设计系统PID参数，利用根轨迹，确定按刚体卫星参数设计的系统能使挠性空间飞行器控制系统具有渐近稳定性的充分条件；推导系统参数间的关系式，分析挠性空间飞行器主轴姿态控制系统稳定性问题。最后，通过仿真验证了系统的性能。     

基于改进因子图模型的航天器组合姿态确定算法

航天器姿态确定是航天器姿轨控制、在轨正常运行的关键, 针对航天器多姿态传感器存在测量噪声非高斯分布、可能出现敏感器失效和故障等问题, 提出了一种基于改进因子图模型的航天器组合姿态确定方法。通过建立因子图模型, 将地磁/星敏/陀螺测量信息作为因子节点加入因子图模型, 利用观测蒸馏法对观测数据集进行提炼以及自适应调整, 实现对航天器的姿态确定。在复杂条件下, 该方法扩展性强, 可以实现即插即用, 合理而充分的利用其他姿态测量信息, 避免了基于卡尔曼滤波算法中的复杂系统重构过程, 从而有利于多传感器融合。实验结果表明, 在进行复杂条件下的地磁/星敏/陀螺组合定姿仿真时, 该算法可行有效; 有传感器切换时, 具有较好的动态稳定性, 实现了即插即用。该方法灵活度高, 为解决复杂条件下的多传感器组合定姿提供了新思路。     

基于MSCMG金字塔构型的航天器姿态测控一体化控制方法

提出一种基于磁悬浮控制力矩陀螺(magnetically suspended control moment gyroscope,MSCMG)金字塔构型的航天器姿态测控一体化控制方法,利用姿控回路中的执行机构,既进行航天器姿态测量,又进行航天器姿态控制,改变了传统姿控系统由姿态敏感器、控制器、执行机构的组成方式。首先建立磁悬浮转子径向力矩模型,通过实时检测磁悬浮控制力矩陀螺中的磁轴承电流、磁悬浮转子位移、框架角速度,联立金字塔构型中的3个径向力矩模型求解出航天器的姿态角速度,再设计相应的姿态控制律和框架操纵律,实现航天器的姿态调节,仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

一种质量矩飞行器配置方案及其控制问题分析

针对大气层外三轴稳定质量矩飞行器,考虑降低飞行器的成本和重量,提出了应用两套执行机构的配置方案,并利用旋转电机代替直线电机作为执行机构来实现飞行器的姿态调整。在此基础上,利用动量矩定律,建立了飞行器的非线性动力学模型,并对两种执行机构在无推力情况下的姿态调整能力进行了比较,结果表明,旋转式执行机构提高了质量矩飞行器在无推力作用情况下的姿态调整能力。最后,分析了该质量矩飞行器配置方案所存在的控制问题,为下一步的姿态控制设计奠定了基础。     

基于分段Lyapunov函数方法的柔性卫星姿态模糊控制

提出了一种基于分段Lyapunov函数方法的带太阳帆板柔性卫星的姿态模糊控制方法。对于柔性卫星姿态动力学系统而言,强耦合、非线性以及较强的不确定性是其姿态系统的基本特征,本文针对这类被控对象,采用T-S模型作为万能逼近器,设计一种分段状态反馈控制方案。仿真结果表明,该方案可以保证卫星的姿态控制精度、结构振动抑制和控制系统鲁棒性。