充液航天器大角度机动自适应无源控制

研究了基于自适应无源控制的三轴稳定充液航天器大角度姿态机动问题.将液体晃动等效为黏性球摆模型，利用动量矩守恒定理推导出充液航天器耦合动力学方程.针对陀螺故障及无陀螺配置导致航天器姿态无角速度测量的情况，同时考虑存在外部未知干扰、转动惯量不确定性以及液体晃动位移不可测量的特性，设计自适应输出反馈无源控制，其中自适应更新律用于补偿外部未知干扰和估计液体晃动的位移变量.利用Lyapunov方法和LaSalle不变引理，证明该控制律不但可以保证闭环系统渐进稳定，而且可以保证二个期望平衡位置均达到稳定.仿真结果验证了本文控制方法的有效性.      

神经元耦合系统同步条件的几点注记

研究了2个双向电突触耦合的完全相同的Hindmarsh-Rose神经元模型的完全同步问题.电突触耦合是神经元之间用于通讯的主要方式之一,它的最大功能是使神经元集群发生同步放电活动.以往对于耦合神经系统同步的研究,大多是利用数值方法,缺乏确凿的理论依据,对于多个神经元耦合的情形,也没有有效的方法.提出了2种判断完全同步的新方法——李雅普诺夫函数法和模式分解法,与传统的条件李雅普诺夫指数方法只能给出完全同步发生的必要条件相比,得到同步发生的充要条件和充分条件,并给出严格的理论证明.方法可应用到多个振子耦合和非对称耦合的系统中.计算机数值模拟对方法的有效性进行了验证.      

使用动量交换装置的滑模姿态控制

研究一种基于修正罗德里戈参数的考虑执行机构特性的飞行器滑模控制律.建立结合双框架控制力矩陀螺的飞行器姿态动力学模型和基于修正罗德里戈参数的姿态运动学模型;分析模型不确定性以判断其对滑模控制方法的适用性,提出滑动面进而设计相应的滑模控制器,接着结合线性系统理论和李雅普诺夫稳定原理对控制器的参数确定进行了分析;使用蒙特卡罗法数值仿真验证此控制律的效果.结果证明上述控制器可有效完成姿控任务,且控制精确,鲁棒性良好.     

输入受限的编队卫星分布式姿态协同控制

研究了跟踪时变参考姿态情况下的编队飞行卫星协同控制问题,提出了一种非线性饱和的分布式协同控制器。在控制器中引入了一个双曲正切函数向量,保证了连续控制输入的有界性。采用Barbalat引理对姿态跟踪情况下闭环协同控制系统的稳定性进行了分析,得出了系统渐近稳定的结论。通过对各种条件下的仿真,验证了算法的有效性,并确立了编队卫星信息流图的拓扑结构和控制器增益等因素与暂态过程中相对姿态保持性能的关系。     

带飞轮的充液摆的稳定性

带飞轮的充液摆的稳定性包光伟（上海交通大学工程力学系,２０００３０）关键词充液刚体动力学,液体晃动,运动稳定性,航天器动力学一、引言研究三轴定向充液卫星的姿态稳定性,在不考虑系统质心横向运动的情况下,一个较为简单的力学模型是充液摆作定点摆动的模型．对...     

带多个充液贮箱航天器的自旋稳定性

本文研究带多个充液贮箱航天器的自旋稳定性问题,考虑了刚体相对于系统质心的平动、姿态、液体晃动三者的相互耦合作用,通过建立离散系统的动力学方程,导出了系统的自旋稳定性判据.      

基于分数阶滑模的航天器姿态鲁棒控制

针对存在外部扰动及转动惯量不确定性的高精度高稳定度的航天器姿态控制问题,提出了一种具有强鲁棒性的分数阶滑模控制器。首先,在修正罗德里格参数描述的航天器数学模型基础上,导出了便于分数阶滑模控制器设计的等效数学模型。其次,在传统滑模控制的滑模面与控制律中均引入分数阶微分算子,利用分数阶微分算子的快速收敛性与信息记忆性,设计了分数阶滑模控制器,并使用Lyapunov理论与分数阶稳定性理论证明了整个系统的稳定性。最后,仿真试验表明,分数阶滑模控制器具有高精度、强鲁棒性和良好的抗干扰性。     

大系统方法与卫星姿态动力学

本文是在Четаев理论和大系统理论的基础上[1,3],提出了一种解决非线性非定常力学系统稳定性的方法:“大系统加权V函数方法”。并应用该方法研究了自旋卫星(包括陀螺体卫星),挠性卫星以及空腔充液卫星的姿态稳定性问题[2]。可以看到,这个方法,对于分析约束阻尼系统,陀螺系统以及复杂的卫星系统等相当广泛的一类运动稳定性问题,是简明有效的。      

三维充液航天器的位置和姿态联合控制

考虑充液月球着陆器悬停避障阶段的控制问题,采用三维球摆作为液体晃动部分的等效模型.针对球摆与刚体耦合的三维动力学模型,给出动力学模型的矢量方程及各矢量在本体系的投影坐标,设计位置和姿态联合控制器.所设计的控制器可以稳定航天器刚体的位置和姿态,且只依赖刚体的位置和姿态,不依赖晃动角或者动力学方程,利于工程应用.利用LaSalle不变原理分析闭环系统的稳定性,给出期望姿态为竖直时系统渐近稳定的控制器参数选择依据.最后数值仿真验证控制方法的有效性.     

垂直旋转圆盘边缘液体形态

为了解重力对旋转圆盘表面液体流动的影响,利用高速摄影,对垂直旋转圆盘边缘液体形态进行了试验研究。结果表明,与水平旋转圆盘边缘液体分为直接液滴、液柱和液膜3种形态不同,垂直旋转圆盘边缘液体分为液柱、液膜和柱膜纠缠3种形态。垂直旋转圆盘底部与顶部液体形态并不一致。底部未出现液膜形态,当流量不大于24 g/s时,为液柱形态;当流量大于等于30 g/s时,为柱膜纠缠形态。当流量为12~21 g/s、转速为1 000~2 100 r/min,顶部出现液膜形态;当流量小于12 g/s时,顶部为液柱形态;当流量大于12 g/s时,液柱形态消失,由柱膜纠缠形态取代。由于重力影响,垂直旋转圆盘边缘液体形态变化程度远大于水平旋转圆盘;在流量大到一定程度后,圆盘底部形成液柱形态需要的转速会大大增加。      

带冷罩的自旋弹头在液氮消耗时的姿态模型

研究了带液氮冷屏蔽罩(冷罩)的自旋弹头在自由飞行段中,冷罩多孔介质层内液氮不断消耗时弹头姿态的变化规律.针对工程上无法利用数值计算直接研究多孔介质中液氮消耗对弹头姿态运动影响的问题,以均相模型分析多孔介质层内气液混合物的运动规律,建立了均相介质在离心力作用下的渗流运动方程.对此方程进行无量纲化,分析了均相介质的运动规律,得到了变质量弹头的姿态动力学模型.通过分析与仿真发现,自旋角速度随冷罩内液氮消耗而不断增大,非自旋方向角速度不为零时,其运动频率不断增大,且会产生运动阻尼,但频率变化很小,运动阻尼量级也极小,工程中可忽略冷罩中液氮消耗对非自旋方向的影响.     

三轴定向充液卫星的姿态稳定性

本文建立了三轴定向充液卫星具有二维平动和二维摆动角的等效力学模型, 并用该模型研究了充液卫星的姿态稳定性, 得到了充液系统姿态稳定性的一个简明的解析判据。      

非线性结构气动伺服弹性稳定性分析

真实的气动伺服弹性系统通常都含有各种非线性因素,它们会对系统的特性带来不可忽略的影响.为此采用一种频域方法对带有间隙的非线性结构进行气动伺服弹性稳定性分析.在气动伺服弹性运动方程中,非线性的结构刚度通过描述函数法转化为准线性的等效刚度,然后采用线性控制理论中的Nyquist方法来判断气动伺服弹性系统的稳定性并计算稳定裕度.以某一飞机的带有扑动和旋转间隙的受控翼面为例进行了数值计算.结果表明,旋转间隙对系统的稳定性影响是主要的;旋转间隙越大,系统稳定裕度越小.      

两类空间目标的非参数姿态判别方法

在详细分析空间轨道目标窄带雷达特性的基础上,利用非参数统计学的随机游程检验理论对空间目标的稳定方式进行判别,从而实现对绕质心旋转和非旋转这两类目标的分类识别。     

Influence of acoustic fields on drop dynamics in an acoustic resonator

Capillary waves on a liquid sphere may be excited by acoustic fields, especially due to the higher harmonics of the resonant acoustic fields. The growth of the capillary waves has been analytically discussed. For a manipulation of weightless molten material without contacts, rotation of a liquid drop by acoustic waves is important. Approximate solutions to govern the dynamics of capillary waves on a rotating liquid drop has been analytically derived. Instabilities of multi-lobed waves due to a rotational flow in the perturbed flow field and due to the acoustic fields have been discussed.     

挡板对液体推进剂晃动力的影响

研究了全尺度重力探测卫星－Ｂ贮箱对于安装档板和不安装挡板情形下液体推进剂晃动的液体动力特性。结果显示,以重力瞬变加速度和重力梯度加速度为作用力的轨道加速度使液体推进剂产生了晃动,安装挡板使晃动幅度减小。由于推进剂在贮箱中上下运动的同时伴随着左右运动而产生了作用于贮箱上的力,通过液体推进剂与贮箱壁面的应力关系计算了作用在贮箱上的力。计算模拟结果显示,挡板产生的阻尼在减少流体晃恸 的同时也减少了流体作     

部分充液球形中心贮箱的旋转卫星系统的运动分析

本文分析并计算了半充液球形贮箱内的液体晃动问题。以流体运动的基本方程和系统运动的Euler方程为基础,用特征函数展开法计算出液体的速度场,并在此基础上估算液体的能量耗散率及章动角的时间常数。      

充液航天器质量特性计算方法研究

充液航天器的质量特性对飞行动力学建模和控制设计有着重要影响。质量特性测量装置通常只能测出干重状态下航天器的质量特性，而充液状态下的航天器质量特性只能靠计算给出，其中如何计及各贮箱内液体的惯性张量是此类工程计算的难点。首先采用势流理论推导了任意形状贮箱内液体质量特性的一般表达式，包括全充液情况和部分充液情况，其中对部分充液情况考虑了自由液面小幅晃动的影响；然后采用三维有限元方法建立了液体质量特性的数值计算方法，并通过一个验证算例确认了该计算方法的有效性；最后应用该方法计算了一个充液航天器的质量特性，并研究了不同的液体处理方法对计算结果的影响。研究表明，工程上通常采用的“固化液体”处理方法所计算出来的转动惯量明显偏大，而所提出的计算方法具有更好的理论正确性和工程适用性。