复杂力场中磁性刚体航天器混沌姿态运动的控制

提出了压缩映射-参数微扰方法应用于控制受地球磁场和万有引力场共同作用，具有结构内阻尼的磁性刚体航天器在接近地球赤道面的圆轨道上的混沌姿态运动．利用压缩映射和线性逼近产生一个参数微扰反馈序列，使混沌轨道稳定在嵌入混沌吸引子内的一个不稳定周期轨道上，实现将混沌运动转化为周期运动．混沌吸引子中不稳定周期不动点以及雅可比矩阵的近似计算利用了闭回路对的观测信息．压缩常数可在(-1，1)内灵活选取，给出了保证最优控制过程的压缩常数．数值计算结果证实了此方法在控制复杂力场中航天器混沌姿态运动的有效性．     

任意椭圆轨道上磁性航天器姿态运动中的混沌及其控制

研究在具有内阻尼的磁性刚体航天器在椭圆轨道上平面天平动的混沌及其控制．建立了系统的动力学方程、应用Melnikov方法建立了系统存在横截异宿环的条件．分别采用Poincare映射和Lyapunov指对系统混沌运动进行识别，采用输出变量反馈线性化控制律及其局部线性化将混沌姿态运动控制为给定的静止状态和周期运动。     

任意椭圆轨道上磁性航天器姿态运动中的混沌及其控制

研究在具有内阻尼的磁性刚体航天器在椭圆轨道上平面天平动的混沌及其控制.建立了系统的动力学方程应用Melnikov方法建立了系统存在横截异宿环的条件.分别采用Poincare映射和Lyapunov指对系统混沌运动进行识别.采用输出变量反馈线性化控制律及其局部线性化将混沌姿态运动控制为给定的静止状态和周期运动.     

具有确定运动姿态的柔性体的动力学建模

将飞行器在窨的运动看作是已知的,分析了飞行器上的挠性构件对飞行器运动和姿态的影响,利用假设模态,将挠性构件的变形,看作是空间直角坐标轴方向的线元振动所构成的,根据动力学中的Ｋａｎｅ方法,建立了动力学方程,经简化,得到了带帆板结构的平面挠性体对飞行器运动影响的动力学方程,这种方程可通过计算机实现其数值解。     

带挠性轴太阳帆板航天器姿态动力学研究

建立了带挠性轴太阳帆板航天器的物理模型 ,利用保守系统的 Lagrange方程 ,导出了带挠性轴太阳帆板航天器动力学方程 ,在小姿态角速率情况下 ,推出了航天器挠性轴扭转运动、航天器姿态运动的运动学方程 ,给出了数值结果 ,分析了太阳帆板转动惯量、挠性轴的扭转刚度对航天器姿态运动的影响。     

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．     

带挠性伸展太阳帆板航天器的姿态动力学

利用动量矩定理推导出带挠性伸展太阳帆板航天器的姿态动力学方程, 利用牛顿第二定理推导出挠性板上质量微元的动力学方程. 在板等速伸展的情况下对系统动力学方程进行变换, 得到板伸展运动、振动与航天器姿态运动的耦合微分方程. 用Runge-Kutta积分法对方程进行积分, 给出了板等速伸展时板振动振幅、 航天器姿态角速率对时间的响应.     

低轨道航天器姿态跟踪机动控制研究

某些低轨道航天器在执行任务时 ,需要通过姿态控制系统使其有效载荷 (如星载相机 )在一段时间里连续指向地面或空间的给定目标。文中研究了带 3个反作用飞轮的低轨道航天器的姿态跟踪开展问题。首先根据刚体运动学知识推导出航天器的参考姿态角、参考角速度和参考角加速度表达式 ,然后基于卫星航天器姿态动力学给出了 3个互相垂直安装的反作用飞轮的控制律 ,并利用 L yapunov稳定性理论证明了闭环系统的渐近稳定性。最后通过数值仿真计算验证了控制算法的正确性     

火箭弹在管内运动姿态的仿真

研究了火箭弹在管内的运动情形,给出一个通用的火箭发射系统的多刚体模型,用R-W法对这个多刚体模型进行了动力学建模,并编制了通用的火箭发射系统动力学仿真软件,最后对某火箭发射系统火箭弹在管内的运动姿态进行了模拟计算.     

椭圆轨道上卫星的混沌姿态运动

基于土星卫星上所观察到的混沌运动,研究了中心引力场中Ｋｅｐｌｅｒ椭圆轨道上非对称卫星的姿态运动,其系统的Ｈａｍ ｉｌｔｏｎ 函数可用ＳｅｒｒｅｔＡｎｄｏｙｅｒ变量写出．通过无限小接触变换,将系统等价为无力矩作用下自由刚体运动,但其转动惯量仍随时间周期地变化,从而化作周期摄动的ＥｕｌｅｒＰｏｉｎｓｏｔ运动．应用Ｍｅｌｎｉｋｏｖ 方法预测其存在混沌运动,并利用Ｐｏｉｎｃａｒé截面的数值计算验证此结论的正确性．     

基于ESN网络的航天器姿态跟踪鲁棒控制

为了研究具有外部干扰力矩和模型不确定性的多体航天器姿态快速跟踪控制问题,基于逆系统方法和回声状态网络(echo state network, ESN), 设计了鲁棒控制器,并利用Lyapunov稳定性理论证明了控制系统的渐近稳定性.采用"meta-learning"策略离线训练ESN网络,并应用遗传算法优化其主要参数,解决了动态递归神经网络训练困难及网络参数不易确定的问题.控制器的设计过程相对简单,不需要精确的动力学模型.该文还针对航天器中心体与天线同时跟踪不同目标的任务进行了数值仿真,结果表明所设计的鲁棒控制器对外部干扰与模型不确定具有很好的鲁棒性.     

自由电子激光中电子的混沌运动

本文讨论了常参数荡器自由电子激光中电子的运动，从电子相空间的轨道来看，电子的运动出现了Ａｒｎｏｌｄ扩散。     

地磁场中刚体卫星的混沌运动

讨论了地球磁场中沿赤道平面圆轨道运行的非对称磁性刚体卫星的姿态运动．引入Ｄｅｐｒｉｔ变量建立系统的Ｈａｍｉｌｔｏｎ结构．利用Ｈｏｌｍｅｓ和Ｍａｒｓｄｅｎ发展了的Ｍｅｌｎｉｋｏｖ方法分析混沌存在的可能性，导出在一定的参数条件下刚体的运动为Ｓｍａｌｅ马蹄意义下混沌运动的结论．数值计算表明，混沌区域随着卫星磁矩的增加而扩大     

基于轨迹跟踪的航天器姿态自适应鲁棒控制

针对存在不确定惯量和空间环境干扰的挠性航天器姿态大角度快速机动控制问题,提出了一种受细胞膜放电模型启发的自适应鲁棒姿态控制器设计方法.首先,为了快速完成姿态机动任务,并尽可能少激发挠性帆板振动,在挠性航天器运动学和动力学分析的基础上,提出了基于预先规划姿态运动轨迹且对不确定惯量具有自适应能力的自适应鲁棒控制器.在此基础上,为了改善机动过程中姿态跳变使系统指向精度和稳定度变差的问题,基于细胞膜放电的动力学模型设计了一种改进型自适应鲁棒控制器.所提出的控制器能够保证闭环系统渐进稳定;当惯量估计误差有界时,对于任意初始跟踪误差,该控制器可以保证姿态跟踪误差一致终值有界.仿真结果表明了所提出的改进型自适应鲁棒控制器的有效性.     

基于超分辨率重构的航天器位置姿态测量方法

航天器间相对位置和姿态的确定是实现航天器编队飞行的重要基础.为了解决航天器相对位置姿态的远距离测量精度问题,该文提出了基于超分辨率重构技术的测量方法.介绍了由单帧图像求解相对位置姿态的测量原理,研究了图像传感器退化成像模型和基于该模型下的图像配准算法,给出了超分辨率图像重构算法及其算法流程.利用地面试验原型系统的实际测量数据对算法进行了验证,试验结果表明该方法大大提高了高精度测量距离的范围,有效解决了航天器间相对位置姿态的远距离测量精度及稳定性问题.     

航天器姿态机动的滑模变结构控制与仿真*

针对航天器姿态机动的控制问题,设计了一种滑模变结构控制器,实现了航天器姿态对时变期望的跟踪。给出航天器姿态的数学描述,采用滑模控制思想设计了控制器,并基于Lyapunov稳定性理论给出控制器的稳定性证明。以推力器为姿态机动的执行机构,给出了控制信号的PWM调制方法。最后在Simulink环境下构建了仿真系统,仿真结果表明在该控制器下,航天器姿态可以实现对期望信号的跟踪。     

弹簧摆的内共振和混沌运动

本文讨论二自由度Ｈａｍｉｌｔｏｎ系统弹簧摆的运动,应用Ｍｅｌｎｉｋｏｖ方法判断Ｓｍａｌｅ马蹄映射,并应用Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面的数值计算证实混沌运动存在。     

双自旋卫星姿态运动的解析解

本文采用积分因子法较简单地求得双自旋卫星在零马达力矩条件下姿态运动微分方程组的首次积分。文中讨论的方法表明,由于初刻条件选取的不同,可能导致首次解析积分结果的不同表述。     

卫星姿态角速度的高增益观测器

在卫星姿控任务中,经常需要估计卫星姿态角速度。常用方法有导数法和估计法。该文提出了一种新的高增益角速度观测器。基于Lyapunov分析,给出了它在有观测噪声下的精度上界。分析了其精度和增益的关系,确立了增益选择的原则。相比其他方法,该观测器的稳定性和精度有理论保证,计算简便,无需参数调整。仿真表明,观测精度优于0.003(°)/s,将其结果用于反馈,能够恢复状态反馈的系统轨迹和性能。该高增益角速度观测器将在卫星姿控任务中得到广泛应用。     

航天器对接过程的动力学建模

航天器对接过程的动力学建模是对接过程动力学仿真的核心内容,该文在描述航天器对接过程的基础上,牛顿－欧拉定理和混合价值 标法对带有大型太阳电池阵的两航天器的对接过程进行动力学建模,建模中将对接系统简化为由追踪飞行器、目标飞行器和主动对接机构组成的三体系统,追踪飞行器和目标飞行器作为带有挠性附件的中心刚体考虑,主动对接机构作为刚性体处理,对于挠性附件用有限元法进行离散。除给出接触撞击模型外,还重点讨论缓冲系统的简化模型,从而构成了对接过程的完整的动力学模型,为对接过程的动力学仿真打下基础。