基于能耗最优的卫星姿控系统推力器可重构性设计

针对卫星姿控系统执行机构可重构性设计,提出了可重构性评价指标,并以推力器为具体的执行机构建立了优化设计模型,将遗传算法应用于其最优解的求取。Matlab/Simulink环境下搭建的卫星闭环姿控系统仿真结果表明,设计安装方案无论在故障情况下还是在正常情况下,系统可重构性和控制性能均明显优于其他比较方案,在一定程度上有效地验证了所提优化设计方法和结果的合理性和正确性。     

利用特征结构指定隔离卫星滚动偏航陀螺故障的新方法

对于卫星滚动轴陀螺和偏航轴陀螺的故障隔离,给出了一种新的方法。利用姿态运动学的关系建立关联卫星各个敏感器输出信息的系统,对于这个系统设计隔离观测器,使不同陀螺的故障在残差空间的不同方向定向,达到故障隔离的目的。文中给出了隔离观测器存在的一个充分条件和求解步骤。最后的数学仿真表明这种方法能够有效地隔离滚动陀螺和偏航陀螺故障。     

运载火箭姿态控制多速率陀螺融合方法

针对柔性火箭姿态测量中弹性信号会严重影响姿控系统设计和稳定性的问题，提出基于遗传算法的速率陀螺融合方法。首先，以降低姿控回路摆角指令传递函数的弹性峰值为目标，提出多速率陀螺融合方法的目标函数;其次，将多速率陀螺融合方法转化为多约束非线性规划问题，采用遗传算法求解多速率陀螺融合方法;最后，研究多速率陀螺融合方法对火箭姿态控制回路弹性信号的影响，以及对火箭控制器性能的影响。仿真结果表明:多速率陀螺融合方法可以有效减弱火箭姿态控制回路中的弹性信号，提高火箭控制器的性能，以增强火箭姿控系统的稳定性，降低火箭控制器设计难度。     

双通道调姿姿态角偏差算法研究与试验验证

总体要求在导弹飞行过程中对俯仰通道和偏航通道的姿态同时进行调整。弹上控制系统为了实现这项功能，对双通道调姿姿态角偏差算法进行了研究，并通过姿态控制系统半实物仿真试验对该项研究结果的正确性进行了验证。     

运载姿控系统负阻尼零点网络的特性研究

为在不同条件下由运载姿控系统校正网络实现系统的稳定,根据负阻尼零点网络幅值相同、相位滞后的特性,将其用于校正网络设计以替代常用的正阻尼零点网络。证明了箭机对负阻尼零点网络的可实现性,以及测试的重复性和稳定性。某运载一级姿控系统负阻尼零点校正网络的应用表明,可在速率陀螺安装处一阶振型斜率为正时实现系统的稳定。该方法对其他型号的设计有一定的参考价值。     

运载火箭姿控对迭代制导适应性分析的仿真方法研究

首先给出了迭代制导方法,然后建立了姿态动力学全量数学模型,在考虑弹性振动和液体晃动的情况下,进行了制导与姿控系统的六自由度联合仿真.仿真结果表明,在迭代制导实时优化输出程序角的情况下,姿控系统具有良好的跟踪性能;在制导与姿控子系统相互作用的情况下,能够确保制导程序角的收敛和姿态的稳定.     

运载火箭并联双机姿控配平策略研究

运载火箭并联双机是一种常见的发动机推力矢量控制(Thrust Vector Control,TVC)方案，发动机与伺服机构可组合出不同的控制布局。针对液体运载火箭典型的4种并联双机摆发动机控制布局，开展了故障动力学建模仿真研究，基于运载火箭比例微分(Proportional Differential,PD)姿控方法，比对分析了不同故障模式的姿控配平结果，优选了并联双机摆发动机控制布局，最后应用控制重分配技术验证了故障下放宽滚动通道性能策略的有效性，结果表明不同的推力矢量布局故障适应能力不同，姿态重构技术在发动机推力较大故障下仍可保证运载火箭良好的姿控性能与稳定能力。     

基于ILLE和SVM的卫星执行机构系统故障检测与定位

针对某超高指向精度要求的卫星平台,采用增量式局部线性嵌入(ILLE)与支持向量机(SVM)结合的方法,研究系统配置的多组磁伺服机构的故障检测与故障定位技术。在分析执行机构故障模式以及故障影响的基础上,采用LLE算法实时提取并更新与故障相关的卫星姿态控制系统高维信息,对其进行降维及特征提取,实现执行机构系统故障检测。当检测到故障时,提取执行机构系统输入输出信息,利用支持向量机(SVM)方法进行故障定位。该方法无需采集离线数据生成样本集,直接利用卫星姿控系统产生的在线故障特征数据集进行故障检测,并能根据故障检测结果,有效地实现卫星姿控系统执行机构的故障定位。算例仿真结果验证了所提方法的有效性。     

某飞行器姿态控制系统仿真

介绍了某飞行器姿态控制系统数字仿真的实现.根据该姿控系统的组成,以俯仰通道为例建立了通道的动力学和运动学方程,以及相应的控制系统数学模型,给出了仿真流程.仿真结果表明:该仿真系统可定量分析飞行器控制系统参数超差对飞行的影响.     

卫星姿控系统可重构性综合评价方法研究

针对可重构性评价需考虑系统资源、性能等多约束条件的问题,以卫星混合执行机构姿控系统为研究对象,建立了基于组合赋权法的卫星可重构性综合评价方法。首先,综合分析影响卫星姿控系统的指标因素,结合系统可重构性度量指标构建了综合评价指标体系;然后利用层次分析法和熵权法分别得到权重初值,以最小二乘法为工具建立确定具有主客观意义的优化组合评价权重;最后采用欧几里德距离为测度,计算各方案距离正负理想点的相对接近度并以此作为评价准则。针对多方案系统配置实例进行了验证计算,结果表明利用基于组合赋权法的评价方法能有效地对卫星姿态控制系统可重构性进行综合评估,具有较好的应用价值。     

一种利用动量轮的弹头姿态控制系统概念研究

对一种以动量轮为执行机构的具有中性静稳定外形的再入弹头姿态控制系统进行了概念研究。从动量矩定理和中性静稳定原理阐述了这种控制方案从理论上是可行的。推导了动量轮控制弹头的姿态动力学方程，并基于分离时间尺度方法设计了姿态控制系统。对该姿态控制系统仿真研究表明：1）姿态角跟踪回路性能良好；2）在不需要太大的动量轮控制输入力矩的情况下，能实现滚动通道稳定控制；3）俯仰和偏航通道的正弦跟踪需要相对较大动量矩的动量轮作为执行机构来实现高精度跟踪控制。     

Analysis of a double gimbaled reaction wheel spacecraft attitude stabilization system

Three axis attitude stabilization of a satellite using a single spinning reaction wheel mounted on a two degree-of-freedom passively and actively torqued gimbal system is investigated. The passive control is assumed to be provided by a spring-loaded damper mounted on each of the gimbal axes, while active control results from both the wheel acceleration and the torque applied about the gimbal axes. The stability of the uncontrolled and passively controlled systems is investigated analytically. For constant wheel speed the pitch motion is decoupled from the roll-yaw and gimbal motions. Control laws for the roll-yaw motion are developed based on pole clustering and linear optimal control theory. For the pitch motion control laws are obtained based on classical second order system theory. Estimation techniques are applied to the roll-yaw system for the case when the complete state may not be directly observable (in the absence of a fine yaw position sensor).     

Three-axis active control system for gravity gradient stabilised microsatellite

In this paper, the control system of the first Algerian microsatellite in orbit Alsat-1 is presented. Alsat-1 is a 3-axis stabilised microsatellite, using a pitch momentum wheel and yaw reaction wheel, with dual redundant 3-axis magnetorquers. A gravity gradient boom is employed to provide a high degree of platform stability. Two vector magnetometers and four dual sun sensors are carried in order to determine the attitude. This paper examines the low Earth orbit (LEO) control system requirements and design in the context of a real system, the Surrey Satellite Technology Limited (SSTL) advanced microsatellite platform and puts forward designs for the control system to match the advanced capability of the enhanced microsatellite platform. Numerical results show the effectiveness of the implementation. Comparison with in orbit results is presented to evaluate the performance of the control system during accurate Nadir pointing control.     

单轴飞轮故障时的小卫星姿态控制方法研究

反作用飞轮和磁力矩器是现代小卫星姿态控制的主要执行机构,针对单轴反作用飞轮故障仅能提供两轴控制力矩的情况,提出了一种使用磁力矩器和反作用飞轮进行联合控制的算法。首先推导了一种拟PD姿态控制律,在此基础上提出了剩余两反作用飞轮和磁力矩器的控制力矩分配策略。仿真结果表明,该算法能够在单轴飞轮故障情况下完成小卫星高精度姿态控制任务,延长航天任务寿命,算法鲁棒性好,设计简单且易于在轨实时计算。     

A hybrid attitude controller consisting of electromagnetic torque rods and an active fluid ring

In this paper, a novel hybrid actuation system for satellite attitude stabilization is proposed along with its feasibility analysis. The system considered consists of two magnetic torque rods and one fluid ring to produce the control torque required in the direction in which magnetic torque rods cannot produce torque. A mathematical model of the system dynamics is derived first. Then a controller is developed to stabilize the attitude angles of a satellite equipped with the abovementioned set of actuators. The effect of failure of the fluid ring or a magnetic torque rod is examined as well. It is noted that the case of failure of the magnetic torque rod whose torque is along the pitch axis is the most critical, since the coupling between the roll or yaw motion and the pitch motion is quite weak. The simulation results show that the control system proposed is quite fault tolerant.     

Stability-based SDRE controller for spacecraft momentum management

Momentum management of spacecraft aims to avoid the angular momentum accumulation of control momentum gyros through real-time attitude adjustment. An attitude control/momentum management controller based on state-dependent Riccati equation is developed for attitude-stabilized spacecraft. The governing equations of the system are formulated as three-axis coupled with full moment of inertia, which fully capture the nonlinearity of the system and are valid for systems with significant products of inertia or strong pitch to roll/yaw coupling. The state-dependent Riccati equation algorithm brings the nonlinear system to a linear structure having state dependent coefficients matrices and minimizing a quadratic-like performance index. The system equations are nondimensionalized, which avoid numerical problems at the same time make the weighting matrix more predictable. To guarantee closed-loop system stability, the state-dependent Riccati equation algorithm is also modified based on pole placement technique. The state-dependent Riccati equation is online calculated through the computational-efficient θ-D technique which reaches a tradeoff between control optimality and computation load. The dynamic characteristics of the system at torque equilibrium attitude are analyzed. Constraints on moment of inertia for successful momentum management are provided. Simulations demonstrate the excellent performance of the controller.     

利用磁强计数据确定卫星姿态的简易滤波算法

针对一类俯仰轴负向安装有偏置动量轮的重力梯度稳定的三轴主动磁控微小卫星,在分析其数学模型的基础上,将俯仰通道与滚动-偏航通道解耦,分别给出了仅用磁强计测量数据确定各通道姿态的卡尔曼滤波算法。并进一步分析了滤波系统模型的周期性,探讨了实现周期滤波增益的可行性。最后通过仿真算例验证了该滤波算法的有效性以及采用周期滤波增益的可行性。     

过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制

针对四反作用飞轮配置的刚体航天器执行机构故障以及外部干扰等问题,提出一种姿态容错控制分配算法。该方法通过设计滑模观测器,实现在有限时间内对执行机构故障与外部干扰的精确重构;特别地,应用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能够在有限时间内实现对闭环姿态的全局渐近稳定控制,且该控制策略可实现对反作用飞轮故障与外部干扰的鲁棒性。此外,采用计算量较小的基序最优控制分配方法快速实现了期望控制力矩到四反作用飞轮指令控制力矩分配。最后,针对某型号航天器以及各种反作用飞轮故障进行数值仿真,仿真结果表明所设计过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制方法能够在线、及时、精准地完成故障重构与控制分配。     

一类导弹控制系统的模态解耦

本文研究非旋转式导弹控制系统的模态解耦能力。证明了具有俯仰、偏航和滚动三个控制通道的控制系统可以实现俯仰、偏航两种运动模态对滚动运动模态的完全解耦。给出了模态解耦控制系统的设计方法。对一种导弹控制系统进行了验证性设计,做了数字仿真。     

防空导弹大攻角飞行姿态控制系统设计

针对防空导弹大攻角飞行这样一个非线形、时变、耦合系统,提出了一种基于模型参考时变全程滑态变结构控制方法,分别针对滚动通道、俯仰/偏航耦合通道进行了设计分析,最后进行了六自由度仿真,得到了满意的结果。