基于Legendre伪谱法的3D刚体摆姿态轨迹跟踪控制

研究3D刚体摆在有初始扰动情况下的姿态运动最优控制问题。结合3D刚体摆转动的姿态与角速度特点, 针对外部扰动设计闭环反馈姿态跟踪控制器。首先, 利用Legendre伪谱法规划出3D刚体摆开环的姿态运动轨迹。然后, 将系统的运动方程线性化, 并以3D刚体摆的实际运动姿态轨迹与参考运动姿态轨迹之间的差值作为控制量, 将姿态跟踪问题转换为线性时变系统的姿态调节问题。最后, 对基于 Legendre 伪谱法的3D刚体摆姿态最优控制的闭环控制方法进行仿真分析, 验证在具有初始扰动情况下算法的有效性。     

双刚体航天器姿态运动规划的样条逼近方法

双刚体航天器系统在无外力矩作用时,其姿态运动可通过连接双刚体航天器的关节铰进行控制,这种关节铰可由球铰或万向节铰构成．本文利用系统相对于总质心的动量矩守恒这一特性研究了双刚体航天器的三维姿态运动控制问题．分别导出带球铰和万向节铰连接的双刚体航天器系统三维姿态运动控制模型,并将系统的姿态运动控制问题转化为无漂移系统的运动规划问题．利用最优控制和样条逼近方法,在控制输入的样条逼近中引入粒子群算法,提出基于样条逼近的最优运动规划数值算法．运动规划的最优控制是光滑的,且初值和终值均为零,通过数值仿真,表明该方法对带球铰和万向节铰连接的双刚体航天器三维姿态运动规划是有效的．     

基于拟牛顿算法的自由下落猫的非完整运动规划

研究猫在自由下落时四肢着地的姿态运动规划问题。自由落体的猫在空中转体运动由于角动量守恒，姿态运动方程呈现为非完整形式。系统的控制问题可转化为无漂移系统的非完整运动规划问题。首先导出由两个对称刚体组成的力学模型的非完整姿态运动方程。利用最优控制理论和最优化技术，采用输入参数化的方法将连续的最优控制问题转化为离散的最优控制问题。基于拟牛顿方法，给出自由落体猫在空中姿态非完整运动规划算法。最后对自由落体猫作了数值仿真试验，仿真结果验证了该算法的有效性。     

欠驱动刚体航天器姿态稳定的时变控制方法

研究欠驱动刚体航天器姿态控制系统的稳定性问题。首先给出欠驱动刚体航天器的姿态动力学方程和用(w,z)参数描述的姿态运动学方程,根据所建系统模型的特点,设计相应的连续时变控制律,在控制律的设计中引入辅助变量v、v1和v2,利用平均方法对系统模型方程进行简化,基于退步控制设计v、v1和v2的控制律,利用两个轴角速度与失控轴角速度的交叉耦合关系对失控轴的姿态进行控制。数值仿真验证了所设计控制律的有效性。     

非完整力学系统中的动能定理及其应用

将动能定理推广到非完整力学系统，讨论了动能定理成立条件的力学意义，举例说明了推广的动能定理在建立非完整力学系统运动微分方程中的应用．     

冗余度空间机械臂的动力学与优化控制

利用多体系统动力学方法导出冗余度空间机械臂的动力学方程，利用动力学优化控制规律，以最小关系速度为目标，讨论了冗余度空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的控制问题，通过仿真计算，表明控制规律的有效性。