航天器五自由度对接试验台动力学特性仿真

建立可靠完整的动力学模型是制定航天器五自由度对接试验台方案的理论基础。对航天器对接试验台的动力学建模问题进行了研究，建立了接触点的动态变约束方程、对接碰撞力模型，并应用牛顿一欧拉方法提出了五自由度下捕获阶段运动学模型。用MATLAB编写了捕获阶段的动力学仿真程序。给出了主、被动试验台运动范围及运动特性、作用力范围等仿真结果，为航天器五自由度对接试验台的实现方案提供了重要设计依据及参考。     

6自由度水下机器人转变控制仿真研究

本文的工作以具有6个自由度运动能力的水下机器人（潜器）运动轨迹控制为背景，分析了造成耦合的原因，然后从减小控制耦合作用的角度建立了潜器的数学模型，设计了潜器运动的滑模控制器，并讨论了推力分配、控制受限等问题。从仿真结果看该控制方案具有良好的定性和目标跟踪能力。     

双柔臂空间机器人运动、振动一体化抗死区控制

探讨漂浮基双柔臂空间机器人存在关节力矩输出死区与外部干扰时的姿态角度运动跟踪及柔性抑振的控制问题。引入含有刚性运动与柔性模态的混合轨迹概念,提出基于运动、振动一体化的积分滑模神经网络自适应控制方案。此方案的优点是不但通过补偿项消除了死区斜率与边界参数不确定及最优逼近误差上确界未知的影响,确保了刚性运动的鲁棒性,而且能同时主动地抑制两臂杆的柔性振动,从而提高轨迹跟踪性能。仿真算例结果表明方案能有效地实现运动、振动一体化控制。     

基于气浮台的交会对接相对姿态和位置控制

基于交会对接地面物理仿真系统对卫星交会对接中相对姿态和位置的控制问题进行研究,根据地面物理仿真系统的结构推导出描述系统姿态和位置运动的耦合六自由度动力学模型;基于此模型,在存在外部扰动的情况下,采用自适应快速非奇异终端滑模控制思想设计一种能够克服传统终端滑模控制奇异问题的鲁棒有限时间控制器。通过李雅普诺夫理论推导和仿真分析表明,该控制器在保证系统的有限时间稳定性和收敛性的同时能有效地抑制外部扰动。     

周边式对接机构航天器的对接动力学仿真（第1部分）—运动学约束方程

研究了两个带有周边式对接机构的航天器，在对接捕获的过程中，对接机构之间相互接触后，产生接触滑移时对接系统的运动学特性。根据对接机构的空间特点，引入矢量代数的概念，建立了对接机构之间接触滑移的运动约束方程，及其接触点在对接机构上的相对滑移速度方程。     

6自由度水下机器人轨迹控制仿真研究

本文的工作以具有6个自由度运动能力的水下机器人(潜器)运动轨迹控制为背景,分析了造成耦合的原因,然后从减小控制耦合作用的角度建立了潜器的数学模型,设计了潜器运动的滑模控制方案,并讨论了推力分配、控制受限等问题.从仿真结果看该控制方案具有良好的定位和目标跟踪能力.     

基于2-D系统理论的变初始条件离散系统的迭代学习控制

对于具有重复运动特性的系统，迭代学习控制是一种简单有效的控制方法。为便于实时应用，所有迭代学习控制方案的设计必须在离散时间域进行。初始状态问题是学习控制设计中遇到的一个重要问题。针对具有变初始状态的离散时间系统，利用2-D线性连续．离散型系统理论设计了闭环迭代学习控制器，并给出了保证控制器收敛的充分必要条件。仿真结果证明了该方案的有效性。     

空间机器人的增广自适应神经网络补偿控制

研究了具有外部扰动空间机器人系统的补偿控制问题。首先,给出了漂浮基空间机器人系统的动力学方程。进而借助于增广变量思想,针对系统存在有未知惯性参数及外部扰动的复杂情况,先后设计了空间机器人系统关节运动、末端爪手运动的增广自适应神经网络补偿控制方案。所提控制方案无需对载体的位置、线性速度和线性加速度进行实时地测量与反馈;且较比传统自适应控制方法,又不要求动力学方程满足关于系统惯性参数的线性函数关系,因此有效避免了对系统回归矩阵进行繁琐提取的麻烦。仿真运算,验证了上述控制方法的有效性。     

空间对接预捕获阶段的建模与仿真

介绍了数控式对接机构对接的基本操作过程，建立了对接预捕获阶段仿真的数学模型，并给出了仿真实例。仿真结果表明，设计的控制系统控制效果良好。     

卫星编队脉冲机动维持控制与策略

针对近地圆轨道卫星编队维持问题，开展了脉冲控制方案与维持控制策略研究，并搭建了仿真环境进行验证。根据相对轨道根数(relative orbital elements, ROEs)的状态转移方程，推导了各ROEs元素在J₂摄动下的漂移速率，并针对编队构型受到空间摄动的破坏问题，提出了两种不同的编队脉冲控制方案和维持策略。基于空间圆编队长期维持需求，建立了包括高精度轨道递推算法的任务仿真环境，从脉冲消耗与控制误差对提出的方案策略进行了分析讨论，验证了脉冲方案与维持策略的可行性。仿真结果表明，所提出的脉冲控制方案与维持策略具有较高的有效性及可靠性，可用于未来空间编队飞行任务。     

空间电磁对接轨迹跟踪的自适应控制

面向在轨服务的空间电磁对接技术能克服传统基于推力器对接所固有的不足,应用前景广阔。航天器对接是一个相对距离逐渐减小的过程,应用于控制器设计的解析远场电磁力模型具有强非线性,且模型误差随相对距离的减小而逐渐增大。基于Lyapunov稳定性理论开展空间电磁对接轨迹跟踪控制器的自适应设计,通过控制参数在线修正以消除模型的不确定性以及外界干扰的影响;开展控制参数整定分析,证明了自适应控制策略的渐近稳定性。理论分析及仿真结果表明,空间电磁对接的自适应控制策略是可行的,并且具有渐近稳定性。     

基于偶极势场的自主水下航行器回坞导引算法

针对欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)的自主回收问题,提出了基于偶极势场的一种回坞导引算法。将回坞过程分为回坞准备阶段和回坞阶段,其中回坞准备阶段利用航路点导引为AUV规划出一条路径,使AUV到达回收站的一定范围之内,保证AUV可以对回收站上的两个应答器进行准确定位;而回坞阶段AUV根据获得的应答器的测量位置计算出AUV在对接系下的坐标,利用建立的偶极势场导引AUV沿入口方向进入回收站。采用自适应非奇异终端滑模控制,保证航向角跟踪控制的鲁棒性和自适应性。仿真结果表明,所设计的回坞导引算法是有效的。     

软管式自主空中加油飞行控制系统与仿真研究

基于参考观测器的全状态反馈控制方法设计了受油机飞行控制系统,建立了软管式自主空中加油仿真系统,并进行了仿真验证。根据生成的受油机参考跟踪、对接轨迹,通过输出跟踪观测器在线估算前馈控制信号和参考状态量,设计全状态反馈控制器精确跟踪参考状态,解决了受油插头难以近距离跟踪加油锥套并实现精确对接的问题。以某型UCAV为例,设计了基于全状态反馈控制的自主空中加油仿真系统并进行了数字仿真。仿真结果表明,在四种强度阵风干扰下,设计的空中加油仿真系统能实现精确的双机加油设备跟踪与对接,具有良好的动态性能与鲁棒性能。     

虚拟现实技术在选煤中的应用研究

在充分研究选煤生产过程及其特点的基础上,探讨通过建立选煤工艺过程逻辑框架结构,并分层填充设备单元和接口部件来构造选煤企业的虚拟选煤的主体工艺流程;在总结煤炭颗粒在介质中的运动规律的基础上,建立智能化的粒子运动模型,来研究粒子在典型的工艺设备(如:跳汰机)中的运动和分层机理,为选煤技术的研究和选煤企业选工艺参数的选择和设备控制参数调节提供一种新的方法和途径。     

多自由度实验台架下潜救对接模拟系统的设计

多自由度实验台架结构是从国外引进的一套设备,具有11个自由度,并能实现多个自由度相互独立运动。从深潜救生艇(DSRV)实施对接的实际需求出发,设计了一个多自由度运动系统,提出了DSRV的实施救生的控制策略,并利用该系统,结合虚拟现实技术进行深潜救生艇与失事潜艇对接过程的模拟,通过仿真试验验证了台架的实用性和系统的有效性,为潜救作业中各项关键技术研究提供了一个有效的试验平台。     

基于虚拟样机的航天器对接转动模拟装置仿真研究

综合了计算多体动力学、计算结构力学、碰撞理论等多学科的知识，在ADAMS／Solver平台上建立了航天器对接试验台滚转和俯仰转动模拟装置对接过程可视化动力学虚拟样机模型，建模过程中实现了UG—MATLAB—ADAMS—ANSYS的仿真环境相互集成。利用软件的各自优势完成了转动模拟装置的动力学特性分析；研究了关键性能参数如轴承摩擦系数对整个装置工作性能的影响。数学仿真和虚拟动态仿真的相ghz,~g-L明仿真结果是可信的。虚拟仿真结果验证了初始设计的可行性，确立了在物理样机设计中需要考虑的要点，为进一步的转动模拟装置的优化设计提供了设计依据。此外还解决了ADAMS仿真中轴承模拟等问题。     

卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统研究

设计和开发了卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统。该系统具有卫星组网优化设计、星座控制优化设计、星座性能分析、星座运行和控制过程仿真演示的功能,系统中的每个组成单元软件可以通过任务设定软件进行预定任务要求星座的设计、分析和仿真,也可以根据自身输入参数进行卫星组网与星座控制的设计、分析和仿真。最后利用该系统完成了对一个导航星座的设计、分析和仿真。