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。     

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。     

周边式对接机构航天器的对接动力学仿真（第2部分）——约束动力学

建立了两个航天器对接系统的约束动力学方程,在论文第一部分所建立的运动学约束方程的基础上,提出运用D’Alembert正交补方法消除系统动力学方程中的未知接触约束力,解决了约束方程的维数是不确定变化条件的系统动力学方程的数值求解问题,而且还开发出周边式对接机构航天器的对接动力学分析与仿真通用软件。最后,通过算例验正了理论方法及软件的有效性。     

空间柔性双臂机器人系统建模、控制与仿真研究

空间柔性多臂机器人系统是高度非线性，强耦合的动力学系统，其动力学的研究是比较复杂和困难的问题．本文针对极为复杂的空间柔性双臂机器人系统，建立了其系统动力学模型，利用逆动力学控制算法对该动力学模型实现了轨迹跟踪控制，仿真结果表明该方法具有较好的控制效果，分析了在仿真过程中出现的有关数值算法的问题．     

空间攻防对抗体系的建模与仿真研究

分析了空间攻防对抗体系涵盖的内容，并对先进仿真技术、空间攻防对抗体系建模技术及其仿真技术进行了分析，并在此基础上建立了两个典型的空间攻防对抗仿真平台。研究过程中重点对空间攻防体系总体模型、空闽信息及信息对抗仿真模型、导弹武器突防仿真模型、空间导弹拦截系统仿真模型、反卫星仿真模型、空间攻防体系评估技术、仿真系统实现技术等进行了研究。     

近地空间环境要素三维建模与可视化仿真研究

提出了近地空间环境要素三维建模的静态模型和实测模型。根据近地空间环境各要素的特点，首先利用各种静态模式和实测数据构建三维空间数据场。然后对数据场进行六面体单元剖分，其中对实测得到的空间数据利用雅克比矩阵转换为规则六面体数据。最终，分别给出了中性大气、电离层等离子体、地球基本磁场和地球辐射带的几何模型，提出了一种适合于近地空间环境要素仿真的通用三维可视化方案。     

柔性关节空间机械臂建模、控制与仿真

关节是空间机械臂的核心部件,在机械臂动力学中起着重要的作用.精确的关节动力学模型,是机械臂系统设计、分析和控制的基础.以某空间机械臂原理样机为研究对象,建立了考虑关节柔性和摩擦特性的动力学模型.分别利用扭转刚度测试平台和驱动组件性能测试仪,测得了关节的刚度系数和摩擦系数.并进行了考虑关节力矩饱和非线性的PD控制律设计,同时给出了稳定性证明.为消除动力学方程系数矩阵的时变性和刚度矩阵的奇异性,将动力学方程进行等价变换,从而利用精细积分方法进行数值仿真.仿真结果表明,抗饱和非线性PD控制律能够保证机械臂在负载变化范围内,满足位置控制的精度要求.     

航天员交会对接模拟训练仿真关键技术研究

交会对接飞行任务中,需要建立手控专项训练器对航天员进行训练.针对任务背景需要,研究建立了对接训练仿真中关键的轨道动力学模型、控制机构模型、测量机构模型以及GNC模型;进行了模型误差、解算误差和响应延迟等引起的天她—致性仿真偏差分析探讨,提出了解决方法.应用文中模型和误差解决方法建立的训练系统,分别进行了自主和人控模式下试验,结果表明满足训练设计指标要求,可作为工程实现重要参考.     

空间矢量调制的矩阵变换器的建模与仿真

矩阵变换器是一种开关序列呈矩阵型的交-交变换器,具有一系列的优点。已成为交-交变换器研究中非常热门的课题。本文基于空间矢量调制法,首先,分析直-交变换器的空间矢量调制;接着,类似地分析交-直变换器的空间矢量调制;然后把前面两个过程进行综合,得到一种直接的交-交变换器。最后,针对空间矢量调制法,利用MATLAB编制S函数模块, 结合SIMULINK的电力系统仿真工具箱的现有模块组建成矩阵变换器的仿真模型。仿真结果验证了空间矢量调制策略的正确性,同时指出在输出端设计滤波器的必要性。     

航天工程中串联密封系统建模与仿真

为提高航天工程的密封安全和可靠性，航天器和地面真空设备常常采用多级串联密封结构。总结了气路系统中的元件约束和拓扑约束规律，提出了串联密封系统的建模方法，建立了串联双密封系统气体泄漏的全过程和平衡过程模型，导出了串联双密封系统状态变量的解析表达式，给出了串联密封系统泄漏过程的数值计算与仿真方法，简单介绍了多级串联密封系统泄漏过程仿真软件，给出了仿真实例，最后给出了结论及其应用。     

基于Matlab的交会对接全数字仿真系统

以月球轨道交会对接为背景,构建了仿真系统的总体框架.对交会对接系统的动力学、导航以及控制等部分进行了详细建模和设计,并基于此,建立了月球轨道交会对接系统的Simulink模型.设计了交会对接仿真系统的用户交互界面及3D动态演示,使仿真系统操作简捷、直观.全数字仿真系统可用于月球轨道交会对接任务的前期验证.进一步,利用其改进的模型进行了交会对接半物理仿真实验.实验结果说明了惯性-视觉组合导航的有效性和数字仿真系统良好的移植性.     

对接半物理仿真系统中的自适应柔顺力控制研究

为实现空间航天器对接过程中的强制校正和拉近阶段过程的半物理仿真,提出了一种六自由度并联运动平台的基于位置闭环的力控制方法.针对强制校正和拉近过程中两飞行器之间连接刚度大范围变化,设计自适应力控制器解决了刚度参数时变对系统性能的影响.试验结果表明自适应柔顺力控制可以实现强制校正和拉近阶段过程的有效模拟.     

基于立体场景的人控交会对接仿真研究

传统的人控交会对接主要通过观察摄像机产生的十字靶标图像来完成,容易造成人的视觉误差,从而导致手动对接失败。结合图形学理论和虚拟现实技术构建的人控交会对接仿真系统为航天员实时提供逼真的虚拟立体场景,通过各种任务想定对航天员进行飞行任务训练。在实验过程中,航天员通过立体眼镜观察虚拟场景中飞行器的飞行状态,同时操作控制手柄改变飞行器的位置和姿态进行手动对接训练。通过不同的对接实验参数设置,航天员可以反复进行不同条件下的对接训练,而不需要执行空间飞行任务。实验结果表明基于立体场景的人控交会对接训练有较高的成功率。     

仿真概念模型的开发过程研究

仿真概念模型是为了满足仿真应用目标而对真实世界进行的首次抽象,它为领域专家、开发人员和VV&A人员提供了关于真实世界的一致规范的描述,它把具体的仿真需求转化成为详细的设计框架.仿真概念模型包括仿真背景,任务空间和仿真空间三个组件,针对它们各自的特点,提出了工程上可用的仿真概念模型的开发过程.     

蒸发过程的解耦控制仿真实验平台

蒸发过程的强制循环蒸发系统是一个多变量且回路间存在较强耦合的非线性系统,单纯的采用常规PID控制不能满足工业要求.为了从工程角度验证非线性自适应解耦PID控制算法在强制循环蒸发系统的应用,开发了蒸发过程的解耦控制分布式仿真实验平台.该实验平台是由智能控制计算机、DCS系统、模拟现场的对象计算机、仪表与执行机构的虚拟装置以及底层控制回路组成.平台之间的通讯主要是通过OPC技术和DDE协议来实现.实验结果验证了该解耦控制算法应用于强制循环蒸发系统的可行性和有效性.     

大系统的快速寻优设计和计算机仿真

本文提出的快速寻优设计法可应用在变频变速的大系统。快速寻优设计和计算机仿真应用的研究。通过上机实践表明本方法能大幅度缩短优化设计的时间。本文还对六阶变频调速系统进行优化设计和仿真，系统动态实验表明，结果令人满意。     

某导弹引信安全控制系统的动态过程仿真

某导弹引信安全控制系统是一个离散事件驱动的过程控制系统。本文以该系统安全性评估的仿真需求为背景，介绍了在MATLAB建树仿真环境中建立虚拟系统、设计虚拟飞行试验、进行动态过程仿真和故障仿真的方法，并给出系统结构模型、虚拟系统模型以及动态过程仿真和故障仿真结果。