基于xPC的小卫星半物理仿真验证平台

介绍了小卫星控制系统地面半物理仿真验证平台的系统软硬件设计,并进行了姿态控制系统仿真验证.xPC实时仿真机作为平台核心,在气浮台上与星载计算机、敏感器、执行机构等实物组成闭环控制回路.引入数据库系统对仿真数据统一管理,联合地面显示终端实现了仿真数据的可视化及仿真过程的回放.利用建立的实时仿真系统,进行了卫星三轴姿态控制半物理仿真,结果表明本仿真验证平台系统软硬件结构的正确性.     

某型大柔性多体结构卫星半实物仿真

介绍了xPC实时目标环境，借助xPC平台实现了对某型大柔性多体结构卫星系统的半实物仿真试验开发，试验过程中，对xPC目标进行了二次开发，在星载计算机硬件不成熟时，采用一台xPC目标机来实现其快速控制原型，另一台目标机模拟星载计算机外部实时环境，由一台xPC宿主机分刺控制两台目标机保证仿真时钟同步，在快速控制原型的基础上逐步地引入实物部件从而实现半实物仿真系统的构建。整个卫星地面半实物仿真系统的开发过程是一种基于模型的系统设计思想，实验结果证明了方法的有效性。     

基于偏差分离原理的卫星执行机构故障诊断

提出一种同时估计输入时滞和控制输入故障的方法。首先,基于偏差分离的思想,分别建立含有输入时滞和控制输入故障的一般控制系统与卫星姿态控制系统的数学模型。其次,基于二阶Kalman滤波对控制输入故障以及输入时滞进行估计。最后,对所提出的方法进行了数学仿真验证,特别地,基于“快舟一号”卫星控制系统半物理仿真平台进行了半物理仿真验证,证明了方法的可行性和有效性。     

基于VxWorks的卫星实时数学仿真平台

介绍了一种卫星数学实时仿真平台。详细说明了仿真平台四台工控机的软硬件配置和作用。仿真平台将星载机模型和卫星其他模型分开,模拟了敏感器和执行机构与星载机之间的通信。使用了VxWorks实时操作系统和CAN总线,保证了仿真的实时性。合理地使用CAN总线、网络通信和串口通信,用于不同的通信任务,模拟了卫星的遥测遥控功能,实现了对仿真平台的监控功能。根据仿真平台的设计理念,提出了一种可以经过转换用半物理仿真的数学仿真平台。     

基于微型核信息电子系统卫星姿态控制半实物仿真

提出了分布式卫星系统子星通用核心模块“微型核”的概念,设计了“微型核”关键部件信息电子系统,并结合dSPACE实时仿真机进行了小卫星姿态控制半实物仿真。信息电子系统能够进行参数采集,数据处理,信息提取和各种具体控制模式的实施等任务,是整个卫星的管理中心,简化了卫星结构造型,提高了整星可靠能力。为了验证信息电子系统的设计方案,将系统的原理样机接入卫星姿态控制闭环系统进行半实物仿真。仿真结果表明了该信息电子系统设计的正确性和有效性     

燃气轮机调速系统半物理仿真研究

针对燃气轮机半物理仿真的特点，以燃气轮机的模块化建模为基础，采用容积法思想，建立了无迭代的燃气轮机仿真模型，从而简化了计算过程并缩短计算时间，为半物理实时仿真提供了必要条件，采取功能分立的设计方案，模型计算，数据交换和通讯以及仿真结果的显示分别由不同计算机负责，从而建立了燃气轮机调速系统的半物理仿真系统平台，该平台具有一定的灵活笥和可扩展性，可以更换物理部件以及添加模块而无需大的改动，利用该系统进行半物理实时仿真对研究燃气轮机动态性能和控制规律等均有重要的现实意义。     

小卫星飞轮低速摩擦补偿观测器及半实物仿真

反作用飞轮在低速过零时，摩擦力矩的突变严重影响小卫星姿态控制的精度和稳定度。文中研究了改善其低速摩擦特性的补偿观测器技术，并基于dSPACE仿真系统和实物飞轮，对该补偿观测器性能进行了半实物仿真验证。仿真结果表明，补偿观测器可有效改善姿态控制性能，克服低速摩擦对小卫星姿态控制精度和稳定度的影响。     

基于dSPACE的星载计算机外部实时仿真环境实现

为测试星载计算机软硬件实时性能，本文基于dSPACE多处理器设计了由模拟星载计算机和星载计算机外部实时仿真环境两子系统构成的卫星姿态控制实时仿真系统。介绍了该系统硬件和Simulink模型总体结构。重点介绍了两子系统间的串口通信接口模型的建模方法。仿真结果证明了星载计算机外部实时仿真环境子系统的可信性和串口通信接口模型的有效性。     

飞行器姿态控制系统的实时仿真模型

本文对飞行器姿态控制系统实时仿真模型提出一种构造方法。对于线性环节的传递函数的数字仿真给出小步合成方法，而对于非线性环节中的间断问题采用Ｈｏｗｅ的解析平均方法，并且估计解析平均方法的误差。这些方法的组合，得到非常有效的实时仿真模型。对于非常大的积分步长，它仍能得到很精确的结果。最后，应用单轴卫星姿态控制系统的例子来验证本文给出的构造方法的优良性能。     

基于四元数反馈的卫星姿态控制系统仿真模型建立

建立了完整卫星姿态控制系统仿真模型,在该模型中嵌入反作用轮和敏感器模型,使其能从部件级较真实地模拟卫星姿态控制系统.应用误差四元数反馈设计控制律,使控制器具备抗奇点性能,并证明了系统的渐进稳定性.实时仿真实验结果表明:所建立的仿真模型能较真实地反映卫星姿态控制系统的实时控制性能.     

伪陀螺/星敏感器组合双体卫星姿控系统

针对双体卫星姿态控制系统,给出了"伪陀螺"概念,及其与星敏感器组合的姿态确定方法,其中伪陀螺是使用卫星内部传感器的测量以及卫星参数来进行动态模型的实时软计算,跟踪系统角动量进而得到角速度。首先建立了双体卫星模型,并设计了动量轮控制律,在此基础上根据星敏感器的测量信息,应用广义卡尔曼滤波器来估计姿态和角速率漂移误差,进而对伪陀螺和惯性陀螺进行校正。仿真结果表明本文的姿态确定方法,对双体卫星的姿态控制系统是非常有效的。     

基于xPC的挠性天线跟踪指向系统半物理仿真

为了实时验证具有星间链路天线的多体结构卫星星体姿态稳定和天线跟踪指向复合控制算法的有效性,借助xPC实时目标环境对某型多体结构卫星的半物理仿真(hardware-in-the-loop simulation,HILS)系统进行了开发,用xPC目标机模拟星载计算机的外部实时仿真环境,与产品级的复合控制器、天线框架驱动机构(an-tenna gimbal drive assembly,GDA)实物组成实时仿真环路。采用Simulink和Stateflow混合建模的方法实现了天线不同模式之间的切换,并用S函数对PCI总线类型的串行接口通信在xPC目标下进行了二次开发。实验结果证明了接口模型建立的正确性、复合控制系统设计的合理性以及该仿真方法的有效性。     

基于MRPs的卫星集群系统姿态对抗一致性控制

小型卫星集群协同控制是当前空间技术发展的热点之一, 卫星集群控制可归结为多智能体控制问题。面向卫星集群系统的分组姿态控制, 引入一致性以及对抗一致性问题, 提出了卫星系统姿态对抗一致性控制方法。卫星组网系统姿态对抗一致性控制目标是使卫星分组达到姿态对称的状态。以无向图描述姿态对抗卫星集群的通讯拓扑结构, 利用修正型罗德里格斯参数方法描述卫星刚体运动姿态, 设计了一种基于多智能体协同控制理论的三维空间卫星集群姿态对抗一致性控制律, 并采用Lyapunov稳定性理论证明了其稳定性。最后, 通过仿真实验验证了所提方法的有效性。     

基于dSPACE的卫星控制实时仿真系统设计

为满足某在研大型挠性卫星计算机在回路中的仿真需要,利用dSPACE多处理器系统设计了卫星姿态和轨道控制实时仿真系统。介绍了该系统的软、硬件构成。以星载计算机与惯性基准单元串口通信为例,重点介绍了采用RTI模块、Simulink和Stateflow,实现该实时系统的串口通信建模方法。在星上自主模式下,对该实时系统进行了实时仿真。仿真结果证明了设计的卫星姿态和轨道控制实时仿真系统和串口通信接口模型的有效性。此方法对dSPACE实时仿真系统在航空航天领域的工程应用具有参考价值。     

地球观测卫星轮控系统单通道全物理仿真

地球观测卫星姿态控制系统是个复杂的，高精度，长寿命对地三轴稳定，在太阳同步轨道上帆板对太阳定向的系统，执行机构为动量轮，采用偏置方式构成整星零动量，由于卫星控制系统中采用动量轮，因此必须对轮子的摩擦力矩，轮子过零，轮子动量卸载等关键问题，进行深入研究，为了提高轮控系统可靠性，研究其动力学特性，发现问题，将轮子接入控制系统进行气浮台仿真是十分重要的。本文主要叙述地球观测卫星全物理仿真系统组成，系统仿真内容和方法，试验结果。     

Research on improved integrated FDD/FTC with effectiveness factors

This paper investigates the integrated fault detection and diagnosis(FDD) with fault tolerant control(FTC) method of the control system with recoverable faults.Firstly,a quasi-linear parameter-varying(QLPV) model is set up,in which effectiveness factors are modeled as time-varying parameters to quantify actuators and sensors faults.Based on the certainty equivalency principle,replacing the real time states in the nonlinear term of the QLPV model with the estimated states,the parameters and states can be estimated by a two-stage Kalman filtering algorithm.Then,a polynomial eigenstructure assignment(PEA) controller with time-varying parameters and states is designed to guarantee the performance of the system with recoverable faults.Finally,mathematical simulation is performed to validate the solution in a satellite closed-loop attitude control system,and simulation results show that the solution is fast and effective for on-orbit real-time computation.     

基于IMM/EA的卫星姿态控制系统重构容错控制

研究了在轨卫星姿态控制系统发生可修复性故障状况下的系统重构容错控制。对于处于稳态的三轴稳定卫星,当姿态发生突变时,启动故障检测与诊断(FDD)子系统,采用交互式多模型(IMM)算法得到故障发生的位置以及故障模型,同时利用故障模型中的动力学系统进行特征结构配置(EA),生成重构控制器对原系统进行补偿控制。将FDD过程与重构控制器的设计过程结合,避免了单独设计FDD子系统然后再进行系统重构带来的计算量和时间延迟。最后通过数值仿真验证了该算法的有效性。     

仿真测试自动判读专家系统的设计与实现

利用专家系统原理，对某航天设备的综合仿真测试系统进行分析研究，设计并实现了仿真测试自动判读专家系统，对测试系统的指令及数据注入文件能够自动解读，对遥测模拟量和数字量能够实时的自动判读，包括模拟量的超限报警和数字量的正确性判读，提出了几种通用的遥测模拟量和数字量判读规则的形式及动态的实时判读推理方法。经系统测试和实际应用证明，判读准确性和实时性高。