平推无扰曲线及其在机械臂无扰运动规划中的应用

为扩展对空间自由漂浮机械臂系统进行的载体姿态无扰运动规划的可解空间,提出一种新的运动规划方法.首先,首次提出一类平推无扰曲线,利用自由漂浮机械臂系统的非完整约束推导了平推无扰曲线满足的方程,并分析了平推无扰曲线的特性;其次,将满足载体姿态无扰的关节运动曲线分为两段,其中一段是经过目标点的平推无扰曲线,另一段是通过初始点并且和平推无扰曲线相交的一般无扰曲线;最后,基于Gauss伪谱法和直接打靶法的混合规划策略求解一般无扰曲线.数值计算的结果表明,本文提出的方法能够快速有效实现机械臂的无扰运动规划,并且该方法的可解空间几乎可以覆盖机械臂系统的整个工作空间.     

基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架

搭建了基于Matlab／Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架；基于该框架和非线性控制设计模块完成了一类带动量轮机构的航天器PD姿态控制器参数优化设计与姿态仿真研究。研究结果表明：1）基于Matlab／Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架具有可重用性好、继承性强的优点；2）非线性控制设计模块可以有效地完成非线性系统控制器参数优化设计。     

固体火箭发动机药柱表面缺陷的处理分析

为了分析发动机前翼槽、前伞盘、药柱中段、后伞盘和后翼槽表面划伤缺陷对发动机结构完整性的影响,结合工程实际中对划伤等药柱表面缺陷的铲槽处理方法,由无缺陷固体火箭发动机的结构完整性分析的结果,在发动机的危险部位设置划伤槽,在内压与轴向过载的作用下,用最大Von Misses应变准则评估发动机表面划伤时的结构完整性.     

航天系统分析与仿真基础程序库AstroLib

介绍了航天系统分析与仿真领域的一个通用程序库AstroLib。AstroLib是一个包含航天系统分析与仿真所需的航天动力学函数和数值算法的软件程序包，其正确性经过了大量测试。AstroLib具有跨平台、功能丰富、精度高、灵活性好等特点。AstroLib主要由四部分组成：支撑数据，航天动力学库，数学库和工具库。介绍了每部分的功能和组成。将程序库中的轨道积分程序和STK软件的高精度轨道模块进行了对比计算，结果表明三天轨道外推时两者的位置误差在2米以内。     

动量轮控制弹头姿态控制系统设计

提出了一种以动量轮为执行机构的具有中性静稳定气动布局的再入弹头姿态控制新方案。基于动量矩交换原理和中性静稳定概念分析了新方案的可行性,并推导了具有这种新型执行机构的弹头的姿态动力学方程。利用反馈线性化方法,将姿态动力学方程线性化并解耦成俯仰、偏航和滚转三个方向上的单输入单输出系统,然后运用滑模变构控制理论设计各通道的控制器。对姿态控制系统的数值仿真结果表明,所设设计的控制器能实现高精度的姿态机动和姿态稳定,现有动量轮技术指标即可满足滚动通道的姿态稳定。     

X型固体导弹公路运输随机响应分析与减振方法

首先使用一个三自由度的弹簧-质量振动模型分析了运输过程中由路面不平度所引起的随机响应,确定了运输车和导弹之问连接刚度的取值范围,随后在MSC／NASTRAN软件中建立了导弹和运输车的三维有限元模型,在随机响应分析的基础上,提出了对导弹弹头运输过程中的减振方案。     

交会对接仿真系统的设计策略研究

针对交会对接仿真系统的三种实现方式，提出先研制一种可扩充的RVD数字仿真系统，再在其基础上进行扩充的研究方案。在给出系统动力学模型的基础上，根据该数字仿真系统可扩充性的要求，利用面向对象的仿真技术分析了RVD数字仿真系统的设计策略，给出了仿真系统的总体框架。最后，在系统分析的基础上建立了一个初步的面向对象RVD仿真系统。     

近地轨道长时间多星交会任务混合规划

对近地轨道长时间多星交会问题,考虑基于光照条件的时间窗口与J2摄动影响,建立多星交会混合整数非线性规划模型,提出两层混合优化方法进行求解：上层问题以交会次序、交会轨道转移时间及交会后服务时间为设计变量,采用混合离散连续编码遗传算法求解,下层优化以单次交会轨道机动时间及机动冲量为设计变量,采用下山单纯形法求解;推导考虑如摄动轨道要素差分线性交会方程,并以该方程为基础提出下层优化近似策略,以提高计算效率．仿真结果表明：1）建立的近地轨道长时间多星交会任务的混合整数非线性规划模型是有效的,提出的两层混合优化方法可以获得满足时间窗口约束的满意解;2）推导的线性交会方程是考虑如摄动长时间轨道交会轨道良好的一阶近似;3）在如摄动影响下长时间交会问题无论在一个还是多个轨道周期的时间尺度上均具有多峰性,基于混合编码遗传算法求解多星交会任务规划问题符合问题特征．     

基于闭环控制的自主交会多目标最优轨迹设计

对闭环控制条件下的自主交会多目标最优轨迹设计方法进行了研究.基于相对动力学方程,建立了以仅测角为测量参数的相对导航模型;根据线性协方差分析方法,对追踪器在仅测角条件下的相对导航及相对运动轨迹控制偏差进行了分析,并以此为基础,建立了评价自主交会轨迹鲁棒性的指标.采用NSGA-II多目标遗传算法,对考虑燃料消耗和轨迹鲁棒性的多目标最优自主交会轨迹设计问题进行了求解.最后,通过MonteCarlo打靶仿真验证了协方差分析结果的正确性,并对Pareto可行解集中的相对位置鲁棒性最优解进行了仿真验证.     

基于仅测角的自主交会相对导航策略研究

本文以基于仅测角的自主交会相对导航研究为背景,构建了仅测角相对导航的可观测度定量分析模型,并研究了利用追踪器轨道机动时潜在的相对距离信息来提高仅测角相对导航可观测度的策略。以航天器相对动力学方程为基础,建立了以光学相机为唯一相对测量设备的仅测角相对导航模型。根据牛顿迭代方法,推导了相对导航的可观测度计算模型,为相对导航系统可观测性能的定量分析提供了依据。研究了追踪器在轨道机动时潜在的相对距离信息及其误差模型,并给出了基于该潜在相对距离信息的可观测度计算和扩展卡尔曼滤波模型。最后,通过数值仿真对可观测度计算模型的正确性以及潜在相对距离信息应用的有效性进行了验证。