基于主动磁轴承的高速飞轮转子系统的非线性控制研究

针对控制力矩陀螺——主动磁轴承飞轮转子系统的强非线性和由陀螺效应产生的进动和章动导致系统的失稳问题,提出了神经网络的控制方案,设计了RBF神经网络控制器,并给出了李亚普诺夫函数的稳定性证明。研究表明,该控制器解决了陀螺效应导致的主动磁轴承-飞轮转子的不稳定性问题,且抑制了噪声对磁轴承稳定性所造成的破坏。最后,数值算例证明了该方法消除噪声的可行性和有效性。     

MSCMG永磁偏置磁轴承的低功耗控制方法研究

磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG）在输出力矩且不计重力引入的功耗时,磁轴承的铜耗与输出力矩的平方成正比。这个问题不仅导致在输出额定力矩时,磁轴承的功耗在总功耗中占有较大的比例,而且最终限制了磁悬浮控制力矩陀螺的最大输出力矩。为解决这一难题,提出了通过控制转子悬浮位置由永磁体提供转矩的方法,并且分析了转子位置变化对输出力矩的影响。通过仿真和实验表明,输出力矩时磁轴承的功耗可降至静浮水平,样机实验表明,输出力矩为21Nm时磁轴承铜耗降为原来的34%.     

在轨条件下磁悬浮动量轮磁轴承系统稳定性研究

陀螺效应产生的进动和章动是影响磁轴承系统稳定性的根本原因.为了分析在轨条件下星体和磁悬浮动量轮转子的动力学耦合对磁轴承控制系统稳定性的影响,在建立磁悬浮动量轮转子动力学方程和磁轴承控制系统模型的基础上,采用相位分析法和广义根轨迹法对在轨条件下磁轴承控制系统的章动和进动稳定性进行了仿真分析.由于转子的极转动惯量远小于星体的俯仰轴转动惯量,磁轴承控制回路的星体耦合项不影响系统的章动稳定性,而对于低频进动运动提供小角度相位超前增大了进动运动的相角稳定裕度.仿真结果表明在轨条件下动量轮磁轴承控制系统的章动运动相角稳定裕度不变而进动运动相角稳定裕度得到提高.     

磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应的FXLMS自适应精确补偿控制方法仿真研究

在磁悬浮控制力矩陀螺（CMG）中，框架运动对磁悬浮转子支承系统的扰动可以采用角速率前馈加以补偿，但前馈系数固定时的补偿精度受磁轴承系统模型误差影响而显著下降。为了提高补偿精度，本文针对MIMO磁悬浮转子系统，提出一种基于FXLMS（filtered-X least mean square）算法的自适应前馈方法，采用梯度估计和最速下降策略推导前馈权值更新算法，并根据算法收敛性和收敛速度设计收敛因子和权初值。仿真结果表明，该方法收敛速度快，抗噪声能力强，相同模型误差情况下使转子的动框架位移降低到固定特性前馈时的20％，大幅度提高了动框架前馈补偿精度，有利于进一步提高磁悬浮CMG的力矩输出精度。     

基于简化FXLMS算法的磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应精确补偿方法实验研究

磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG）是一种用于航天器姿态控制的高精度长寿命惯性执行机 构,动框架效应补偿是MSCMG实现高精度性能的关键技术之一。然而现有的FXLMS补偿算法由 于模型复杂、计算量大而难以实际应用。通过分析MSCMG磁轴承对象特性,提出一种简化FXL MS算法,将对象滤波器简化为常数对角阵,大幅度减少了算法计算量。对简化算法进行了仿 真,并在MSCMG样机上面进行了动框架效应补偿实验。实验结果表明：简化后的自适应控制 系统,收敛性好,跟踪速度快,具有理想的精度和较强的鲁棒性。
     

单通道控制的旋转弹锥形运动稳定性研究

锥形运动是旋转弹角运动的基本形式,其稳定性问题一直是旋转弹领域的研究热点。以一对鸭舵作用下的单通道控制旋转弹为研究对象,给出了弹体坐标系下的线性化角运动模型,通过数值仿真,揭示了一对鸭舵带来的气动不对称对其角运动特性的影响规律。利用劳斯判据,给出了解析形式的锥形运动稳定条件,该条件可等效为锥形运动稳定条件下的转速范围,不同转速下的仿真结果证明了该稳定条件的正确性。在相同的转速条件下,正弦式鸭舵的控制频率在慢模态衰减频率附近时,可诱发强烈的共振不稳定。研究结果可为一对鸭舵作用下的旋转弹总体设计及制导控制系统设计提供参考。     

基于陀螺力学的旋转导弹锥形运动分析

针对旋转导弹飞行中弹体的锥形运动,利用陀螺动力学中的双自由度陀螺线性扰动方程建立数学模型,分别分析了纵向静稳定力矩和侧向力矩对旋转导弹锥形运动的作用机理;利用布尔加可夫相空间方程组,分析线性气动阻尼对旋转导弹的锥形运动的影响。结果表明, 旋转导弹锥形运动的幅度随弹体气动静稳定性而增加,故气动参数m αz的选择应以导弹质心最靠后时仍能保持弹体纵向中立静稳定为标准, 而且线性气动阻尼对旋转导弹的锥形运动的稳定是不利的,并最后导致旋转导弹锥形运动的发散。     

控制力矩陀螺微振动时的固有频率波动机理研究

为了解控制力矩陀螺（CMG）与蜂窝板的共振机理从而指导微振动地面试验,建立了一个蜂窝板上CMG的等效动力学模型。通过等效板理论和薄板理论推导蜂窝板刚度矩阵的半解析解;结合随框架角变化的CMG惯量矩阵和陀螺矩阵获得CMG固有频率及其波动的变化规律。并提出控制力矩陀螺的设计建议,以期为CMG的地面试验设计提供理论支撑和指导意见,解决CMG与蜂窝板的共振问题。     

黄金分割控制的收敛性和稳定性研究

研究了基于特征模型的黄金分割控制律的稳定性和收敛性问题。针对特征模型,首先选取一组广义最小方差控制目标函数中的多项式,求出在该组目标函数下的广义最小方差控制律。通过对比可知该控制律与基于特征模型的黄金分割控制律相同。进而基于广义最小方差控制的稳定性和收敛性结果给出了基于特征模型的黄金分割控制律的闭环控制性质,并且在理论上给出黄金分割控制参数λ 的物理意义以及选取的理论依据,为其在工程上的应用进一步奠定了理论基础。
     

基于特征模型的全系数自适应控制系统稳定性研究

讨论了基于特征模型的黄金分割加逻辑微分自适应控制律组成闭环系统的稳定性问题。针对参数未知、线性定常或慢时变的二阶不稳定对象,本文给出了在采样周期满足一定条件下,上述闭环系统渐近稳定的充分条件,其中包含对于时变参数变化范围和非线性阻尼系数的约束条件。     

捷联惯导系统中陀螺的初始测漂

本文介绍捷联惯导系统中多个陀螺初始常值漂移的测定和补偿。所谓“常值漂移”是指固定不变的漂移和一部分在各次启动时都不相同的并随时间缓慢变化的“随机常值”。本文采用“双位置(测漂)法”可以测出两个角速度陀螺沿载体系X_b,y_b和z_b测量轴的常值漂移。经过仿真证明,这一方法是完全可行的。     

月球探测技术--奔月变轨过程自旋稳定指向控制

根据月球探测器奔月变轨过程中自旋稳定各阶段的特点,提出了分阶段进行主动章动、进动控制的策略和方法。对影响自旋稳定指向精度的因素和控制方法进行了研究。数学仿真结果表明:起旋推力器推力偏差是引起章动的主要因素;质量不平衡和能量耗散引起的章动很小,初步设计时可略去不计。采用限制横向角速率以限制最大章动角的控制策略可快速消除章动,便于工程实现。     

陀螺仪随机漂移的测量及其数学模型的建立

为提高惯导系统的精度，对影响陀螺仪精度的重要误差源——陀螺仪随机漂移进行了研究。在统计分析的基础上采用固定方位力矩反馈法测量陀螺仪的随机漂移，并用平稳时间法建立了数学模型。     

风云二号卫星地面控制系统自适应同步控制方法

针对风云二号07星测控实施过程中部分姿章联控参数未能正常执行的系统间时序控制不同步问题,研究提出一种地面控制系统自适应同步控制方法,分析卫星历史数据得到有效接收时间区间,取所有有效接收时间区间的交集得到最终有效接收时间区间。经验证,方法可有效解决系统间时序不同步的问题,精度高,控制效果好。     

陀螺漂移测试转台的发展和展望

本文简述了陀螺漂移测试转台及其主要元部件的现状。通过比较和分析,给出了国际水平的陀螺漂移测试转台的主要技术指标。在此基础上,作者研究了当前国际上陀螺漂移测试转台的发展动向,进而对国内陀螺漂移测试转台的进一步发展提出了建议。     

旋转固体火箭发动机飞行器章动不稳定机理述评

针对旋转固体火箭发动机发射小卫星最末级出现的章动现象,分析了其不稳定机理.根据实际观测的飞行数据,分析了飞行器章动不稳定性的特点,给出了几种可能导致飞行器发生侧向角运动的不稳定性机理,并结合实际情况,对各种机理进行了分析.结果显示,飞行器不稳定运动的主要原因是飞行器的质量变化、内部气流的非稳态流动与飞行器姿态运动的相互...     

复杂运动下弹载雷达杂波建模方法

旋转是制导导弹为消除推力偏心、增强弹体飞行稳定性、提高打击精度所采用的一种重要手段。在导弹旋转飞行过程中,会产生马格努斯效应和陀螺效应,使旋转导弹具有特殊的动力学特性,这种特性表现为弹体除了绕自身的对称轴旋转外,还会产生进动与章动,弹体的复杂运动使杂波特性发生变化。本文提出一种对弹体的自旋、进动和章动进行精确建模的方法。仿真结果表明:与理想的正侧视模型相比,该方法能更加准确刻画导弹的运动特性,对弹载平台下的杂波进行更精确化的建模。     

空间辐射环境危害综合监测原理样机研制

依据空间辐射环境的分布特性及具体空间辐射效应的特征判据,设计出多功能、模块化的航天器空间环境危害监测样机。该样机可针对不同运行轨道辐射环境采用不同的探测模块组合,能够实现单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、表面充电效应和深层充电效应等辐射危害的综合监测,且具有高集成、低功耗的特性,可为卫星平台提供有效的辐射危害实时监测告警和故障诊断支持。     

固体燃料冲压发动机推力平稳性及飞行稳定性分析

分析了固体燃料冲压发动机中燃面退移速率的影响因素,建立了燃面退移速率仿真模型。在此基础上,建立了固体燃料冲压发动机工作过程仿真模型。采用该模型对固体燃料冲压发动机超音速巡航导弹的推力平稳性和飞行稳定性进行了分析。分析结果表明,选择适当的发动机设计参数能确保推力随时间的变化最小;发动机能根据巡航导弹飞行高度和速度的变化进行调整,使巡航导弹维持在设计点飞行。     

60 MeV质子位移损伤效应模拟试验装置及辐照试验应用

60 MeV质子位移损伤效应模拟装置（PREF）可提供10～60 MeV范围内连续可调的单能质子束流,具备出色的单色性（能量分散度<2‰）、高均匀性（空间均匀性>90%）以及能量的快速可调（能量切换时间≤10 min）等特点,主要用于模拟空间质子辐射环境对航天器用光电器件与载荷等的位移损伤效应与机理分析。自2023年9月建成以来,PREF已支撑完成多项重要任务中抗辐射模拟器件、高灵敏度光电器件、新一代太阳电池等部件的辐照试验,为星载CMOS图像传感器和卫星电源系统等核心部件提供了关键技术验证。基于PREF平台开展的CMOS图像传感器位移损伤效应试验,获得了不同质子注量下器件暗电流与热像素的退化规律,研究成果为航天器的抗辐射加固设计、在轨可靠性等提供了必不可少的试验支撑。