航天器半物理仿真应用研究

介绍了航天器半物理仿真的特点,总结了航天器控制系统半物理仿真的3种基本表现形式和应用范围。指出在没有特殊说明时,传统意义上的控制系统半物理仿真是指以敏感器/控制器在回路为主要框架的仿真试验,其特点是有复杂昂贵的运动模拟器等仿真专用设备,其关键技术之一是运动模拟器的设计应用技术,具体可分为基于运动学直接物理模型和基于运动学数学模型变换2种方法,并在仿真应用举例中对此作了进一步说明。     

皮卫星姿态确定与控制系统的半实物仿真

卫星姿态确定与控制系统(ADCS)半实物仿真是地面模拟卫星在轨运行情况的一种试验方法,用于检验系统方案以及性能指标。针对皮卫星的特点提出一种可行的姿态控制系统地面半实物仿真方案,利用MATLAB对卫星动力学、卫星运动学进行仿真建模,并模拟输出卫星轨道环境姿态参考矢量(太阳和磁场)供卫星姿态敏感器采集。结合硬件系统完成对皮卫星姿态控制系统的方案验证。仿真试验结果表明设计的半实物仿真方法是有效可行的,解决了皮卫星地面仿真的困难。这种低成本、易实现的半实物仿真平台可广泛用于其它小卫星ADCS系统的检验。     

卫星控制系统半物理仿真实验和多转台仿真方法

本文首先讨论卫星控制系统半物理仿真实验的功能,其次介绍卫星仿真中心多年来完成的半物理仿真实验,最后讨论多转台半物理仿真方法及其仿真系统。     

用户星星间链路天线指向控制系统试验研究

仿真验证是设计控制器的重要一环。设计的用户星天线指向控制系统的半物理仿真试验系统是由天线样机及其驱动器、xPC实时仿真平台、图像处理计算机和中继卫星模拟器组成。中继卫星模拟器是试验系统的关键,基于用户星对中继卫星的跟踪规律,设计中继卫星模拟器。试验结果说明该试验系统有助于工程设计用户星天线指向控制系统。     

多体卫星复合控制物理仿真试验系统

对于具有星间链路天线的多体卫星而言 ,进行星体姿态和天线指向复合控制的地面物理仿真试验研究是一个重要课题。本文主要叙述利用单轴气浮台模拟卫星姿态运动 ,由天线框架驱动机构 (GDA)实物连接组成的多体卫星平面运动动力学环境下的物理仿真试验系统。     

多体卫星地面物理仿真的一致性研究

三轴气浮台不能直接用于多体卫星的地面物理仿真实验,这是由于部件转动引起台体 的质心变化,进而产生重力静不平衡力矩,使仿真过程无法进行,因此需要质心补偿系统对 气浮台的重力静不平衡力矩进行补偿。本文通过对多体卫星动力学和气浮台动力学的比较, 分析了在重力场中的地面物理仿真系统与真实卫星的动力学特性的不同点,给出地面物理仿 真系统能完全模拟真实卫星运动的一致性条件,并进行了数学仿真。当转动附件的质心在转 动轴或转动中心上时,气浮台系统可以完全模拟卫星系统的质量特性和力学耦合特性,否则 ,多体气浮台系统和多体卫星系统的动力学耦合特性不完全一致,需要采取一定的方法进行 补偿。
     

红外成像制导防空导弹半实物仿真方法研究

红外成像制导控制半实物仿真系统通过构建导弹飞行过程中红外目标场景、角运动等模拟环境,将制导控制系统实物接入仿真系统并构建实时仿真回路,对制导控制回路的性能和产品特性进行验证。针对防空导弹制导控制系统仿真,提出了一种红外成像半实物仿真方法,给出了仿真系统设计方案,构建了验证系统。试验结果表明该系统能够有效模拟红外成像制导导弹运行状态和目标环境。随着仿真系统硬件水平的不断提升,该方法能够应用于更多红外成像武器装备的试验验证中。     

一种应用于多飞行器跟踪拍摄的控制系统 半实物仿真虚拟环境设计与实现

针对多飞行器跟踪拍摄的控制系统仿真验证需求,在飞行器控制系统半实物仿真试验中,原有图像测量装置及目标模拟器在目标识别过程中试验成本高、调试复杂程度高的问题,设计实现了一种基于头体相对位置的图像测量实物等效装置,解决了试验准备周期长、试验成本高的问题。试验结果表明,图像测量装置实物等效器闭路制导仿真试验技术既逼近了实际应用环境,提高了试验的真实性和可靠性,又降低了试验成本。     

载人飞船回收着陆半实物仿真系统关键技术研究

载人飞船回收着陆半实物仿真系统是通过模拟飞船返回压力环境,将回收程控装置硬件实物接入仿真回路的一个半实物仿真试验平台。文章简要介绍了该半实物仿真系统的结构,重点叙述了该半实物仿真系统中特有的负压高精度快速调节压力模拟、多通路指令信号处理、混合式网络、多阶段动力学仿真框架等关键技术。     

卫星控制系统全物理仿真

仿真是应用相似定理和类比关系来研究事物 ,也就是用模型代替实际系统进行实验和研究。在卫星控制系统仿真中 ,根据所介入的模型的不同 ,分为数学仿真和物理仿真两类。卫星控制系统全物理仿真是研制卫星过程中特有的一种仿真方法 ,它利用气浮台作为运动模拟器 ,又称为气浮台仿真。本文主要叙述卫星控制系统全物理仿真的原理和用途 ,简要介绍单轴气浮台和三轴气浮台两个全物理仿真系统的组成、主要设备的技术指标以及卫星控制系统全物理仿真的几个实例     

卫星表面充电空间环境及其模拟方法

卫星表面充电是七十年代初发现的危害同步轨道卫星工作性能的新问题。所谓卫星表面充电环境是指使卫星表面充电的环境,它主要指磁层亚暴时的等离子体环境。本文叙述了卫星表面充电环境、充电机理和充电造成的危害。介绍了以大辐照面积电子枪为主的模拟试验系统和为我国通信卫星部件和样品进行充电试验的部分结果。试验证明,我们采用的模拟试验系统和试验方法是合理的,正确的。     

含模型不确定性和状态约束的航天器姿态鲁棒控制

针对严格反馈三轴稳定航天器姿态控制问题,在考虑航天器系统存在模型不确定性、未知外部扰动、系统存在时延情况下,提出了一种鲁棒控制方法。首先建立航天器误差运动学和动力学模型,使用神经网络对系统不确定性和未知扰动进行逼近、引入障碍李雅普诺夫函数对系统状态约束进行处理;然后利用反步法构造一种鲁棒自适应姿态控制器,通过李雅普诺夫方法证明闭环系统是最终一致有界的;最后,结合工程实际经验对系统已知时延进行前馈补偿。半物理仿真结果表明了所设计控制器的有效性和鲁棒性。     

基于气浮台的编队飞行地面试验建模与鲁棒控制器设计

为分析验证卫星编队飞行涉及的相对导航、制导与控制以及星间通信等问题,搭建了编队飞行的地面试验系统,采用了一块3m×4.5m的气浮平台和具有两个平动自由度和一个转动自由度的卫星仿真器分别来模拟低阻力的空间环境和编队飞行的卫星,相对导航采用了视觉相机和室内GPS两种方案,星间通信则通过蓝牙进行模拟。推导了描述仿真器间相对运动的包含参数不确定性的动力学模型,并基于此模型设计了带极点配置的鲁棒H∞控制算法,通过姿态同步和构型保持等仿真实验重点对编队飞行的相对导航、星间通信和相对状态控制进行分析验证,对实际的编队任务具有一定的参考和指导意义。     

挠性卫星大角度机动变结构控制的全物理仿真实验研究

以具有大面积太阳帆板的卫星大角度机动为背景，针对常用的“飞轮－喷气”执行机械模式研究了变结构控制方案，考虑了控制精度和喷气消耗量问题，并成功地进行了国内首次挠性卫星大角度机动控制的全物理仿真实验，取得了显著的效果。     

捆绑型运载火箭姿态控制系统半实物仿真方法

本文介绍了MPSE软件的主要特点,总结了采用银河仿真机对捆绑型运载火箭姿态控制系统进行半实物仿真的方法。     

基于Simulink／RTW的冲压发动机控制系统半实物仿真

基于Matlab／Simulink软件开发平台,建立了冲压发动机控制系统的数学模型,通过TLC将仿真模型自动转化成C代码,提高仿真速度。并利用Real—Time Windows Target实现了仿真软件的实时运行。利用该仿真软件,实现了冲压发动机控制系统半实物仿真试验,对冲压发动机的供油控制规律进行仿真研究,验证了所采用的控制规律、控制算法的可行性。     

小卫星的鲁棒自适应姿态控制

对于中低轨道的小卫星而言，设计能克服参数不确定性及非参数不确定性影响的鲁棒自适应控制器具有重要的工程意义和理论价值。考虑存在参数不确定性及非参数不确定性，分析了小卫星的姿态动力学及运动学方程，设计出了一种鲁棒自适应控制器，证明了该控制器可以保证控制系统全局一致最终有界稳定。仿真结果验证了该控制器的有效性。     

MEO卫星双星并行真空热试验技术

在“北斗三号”MEO卫星双星并行研制过程中,综合考虑总体任务需求、卫星热控特点、热控方案及现有试验条件,提出“双星同时进罐,单星热平衡,双星热真空”的真空热试验方案,并通过仿真分析对因两星相互遮挡引起的附加热流进行修正,实现两颗卫星同时使用同一空间环境模拟设备即可完成热平衡及热真空2项试验。数据比较表明,热平衡试验结果对在轨卫星温度的预示较为准确,验证了上述双星并行真空热试验方法的可行性。     

考虑执行器动态补偿的动中通系统非线性鲁棒控制

研究用于移动载体卫星通信的动中通系统的稳定跟踪问题。选取动中通系统的三轴非线性模型为被控对象,较单轴模型更能准确地描述子系统之间的运动学与动力学特性。在执行器动态特性的基础上,设计了一种具有执行器动态补偿的非线性鲁棒控制器。该控制器不仅能够使系统在载体移动过程中隔离载体扰动的影响,精确跟踪目标卫星,而且还进一步解决了执行器动态特性对系统的影响,更符合实际动中通控制系统设计的需要。最后通过三组对比仿真结果验证了所设计控制器在不同扰动条件下的稳定跟踪性能。