航天器姿态容错控制技术研究现状与发展

更远、更复杂的人类空间探测任务要求航天器具有更高的可靠性,因此航天器的容错控制技术受到了广泛关注。对航天器姿态系统的容错控制技术发展现状进行了分析,总结了国内外近年来航天器姿态容错控制的成果,重点分析了利用自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制等理论开展容错控制的进展,并分别阐述了采用不同技术途径发展容错控制的优缺点。最后,展望了航天器姿态容错控制技术未来的发展。     

载人航天器大气环境控制系统性能集成分析

考虑到载人航天器大气环境控制系统设计参数和控制参数众多,文章建立了一种载人航天器大气环境控制系统性能集成仿真分析模型,包括舱体模块、航天员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块和二氧化碳净化模块。利用该模型对载人航天器常规工作模式下大气环境控制系统性能进行了计算分析,得到了在不同热负荷水平下载人航天器密封舱空气各个参数随在轨时间的变化趋势,结果表明:氧分压控制、二氧化碳净化和人区温湿度控制之间存在着密切的相互影响关系,不可孤立地进行分析。此外,文章还分析确定了非常规工作模式下热负荷水平允许上限,为载人航天器工作模式的确定提供了依据。研究结果有助于载人航天器大气环境控制系统的设计和流程改进。     

导弹跟踪末制导控制方法研究

根据导弹在跟踪接近目标时对响应时间和精度的要求,用输入-输出的线性化来近似研究导弹的非线性运动控制,重点对导弹制导控制过程中的线性化控制方法进行了研究和数学推导。针对导弹制导过程中的非线性控制问题,用消除内反馈和零点的方法,近似线性化地来研究导弹的非线性运动控制,然后通过自适应控制保证了马赫数和质量在较大范围(35%)内变化时系统的响应精度和稳定性。将该方法应用于导弹跟踪飞行控制,通过计算机仿真,效果好。     

基于自适应变结构的再入弹头BTT控制系统设计

采用传统的变结构控制方法设计再入子弹头的BTT控制系统,存在严重的抖振现象,并且当系统存在非匹配不确定性时,用常规方法设计切换函数,滑模稳定性难以分析.针对这些情况,设计了自适应变结构控制器,利用动态补偿器给出了较少保守的滑模稳定条件.仿真结果表明,基于自适应变结构理论的BTT控制系统设计合理,能够满足BTT控制要求.     

基于快速终端滑模的航天器自适应容错控制

针对存在不确定的执行机构部分失效故障和未知外界扰动的航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种基于自适应快速终端滑模控制的容错控制方法。在没有故障检测与诊断信息的情况下,采用快速终端滑模控制原理,利用自适应算法在线估计得到的故障信息,设计具有鲁棒性的容错控制器,使系统在执行机构故障发生时,能在有限时间内以指数收敛,实现系统有限时间渐近稳定,以及对航天器的容错控制和干扰的抑制。仿真结果表明,与基于普通滑模控制器的容错控制相比,该方法在保证系统鲁棒性和可靠性的同时,具有更快的收敛速率,实现执行机构故障时有效的航天器姿态跟踪控制。     

大气层内拦截弹直接侧向力/气动力混合控制系统设计

研究采用直接侧向力/气动力复合控制方案的大气层内拦截导弹的自动驾驶仪设计问题。考虑直接侧向力的离散工作特性,针对系统中同时存在连续控制量,即舵偏角,和离散控制量,即脉冲发动机反作用力的特点,采取混合控制系统设计方法,先完成舵控连续系统设计,然后完成直接侧向力控制采样控制系统设计。对每一步设计工作进行了稳定性分析,并利用数值仿真验证了设计结果的有效性。     

自学习补偿及其在恒速控制中的应用

学习控制可以有效地抑制周期性干扰，但是对初始条件的一致性有要求，这一条件在连续回转运动中难以满足，故本文提出一种学习补偿方案，即在非连续运动时积累干扰的信息，然后在连续运行时用该信息对干扰进行补偿。本文证明了学习控制作用对干扰的收敛性，并给出了仿真结果     

卫星编队自主队形控制

为了实现高精度的卫星编队飞行,提出了一种基于主从结构的协同控制方法-自主队形控制法。在主星变轨的过程中,卫星编队的队形可以保持不变。文中介绍了该控制法的设计思想,给出了实现结构图,并详细的分析了该方法优缺点。通过算例验证了自主队形控制法的可行性。     

单框架控制力矩陀螺系统操纵律研综述

综述了单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)系统操纵律研究概况 ,并对现存操纵律的性能进行了评价。通过分析可以知道 ,现存的SGCMG操纵律或在奇异回避性能方面较差 ,或由于计算量较大而使得实时性较差等等 ,从而使其在航天器姿态控制中的应用受到了极大的阻碍。要提高SGCMG系统的操纵性能 ,可在以下三个方面作进一步研究 :零运动的选择方法、操纵律的闭环实现、框架伺服特性的考虑等。     

快速控制灵敏度和提高鲁棒性的技术途径

本文综合论述了在导弹控制工程中采用快速控制所带来的实际问题——即“Bang—Bang Control”(简称BBC)灵敏度问题,并对开环、闭环控制的BBC灵敏度进行理论分析,从而得出在导弹控制工程中,采用快速控制的同时,提高控制系统鲁棒性的几种工程技术途径。 通过某型导弹高度控制系统设计,弹道仿真计算,成功地解决了这类问题,获得良好的工程鲁棒性,为快速控制理论在导弹控制工程应用创造了条件。     

伺服阀试验系统自动控制

详细介绍了伺服阀试验测控系统实现试验参量自动控制的措施和方法,阐述了利用Labview 6.0作为软件开发平台,运用数字PID控制技术,同时添加在线整定PID系数、前馈控制、自适应控制等针对性的控制方案,解决了试验参量在伺服阀稳态和动态试验中的自动控制问题。     

按降低轨迹灵敏度综合最优设计飞行控制系统

本文提出了一个按降低轨迹灵敏度综合最优设计飞行控制系统的方法。它能使系统具有满意的动态品质,同时对系统参数的变化及非线性产生的影响具有较强的鲁棒性。该设计方法具有通用性和程序化,系统实现简单。     

基于自适应滑模的变质心再入飞行器控制律设计

建立了有纵向单滑块的变质心再入飞行器系统控制模型。对该有输入非线性的快时变多体系统,考虑系统存在参数不确定等因素的影响并将完整的活动质量体动力学环节置入姿态控制,基于滑模控制理论设计了俯仰姿态跟踪鲁棒控制系统。在参数不确定性条件下对飞行控制系统进行了仿真。结果表明：设计的控制律可实现对指令角度和指令位置有效、快速、稳定...     

模糊PID控制在单容水箱中的应用

随着工业的发展,液位控制在各种过程控制中的应用越来越广泛。论文以单容水箱液位为研究对象提出了一种智能控制算法——模糊PID控制算法。实验结果表明,采用模糊PID控制器后。控制系统的响应速度加快,超调量减小,过渡过程时间大大缩短,振荡次数少,具有较强的适应性和良好的稳定性。     

自适应自动驾驶仪

以实用情况为背景,讨论具有代表性的三种自适应自动驾驶仪:自振荡自适应驾驶仪、闭环调参的强迫振荡自适应驾驶仪和开环调参的强迫振荡自适应驾驶仪.介绍它们的自适应原理和讨论有关的设计问题.     

基于单隐层神经网络的空天飞行器直接自适应轨迹线性化控制

基于轨迹线性化方法（TLC）及神经网络技术研究了一种新的直接自适应TCC控制方案。利用单隐层神经网络（SHLNN）对于光滑非线性函数的逼近能力，对消系统中不确定因素的影响，神经网络自适应律采用Lyapunov方法设计，保证了整个系统所有信号有界。最后利用该方案设计了空天飞行器飞行控制系统，并在高超声速飞行条件下进行了仿真验证，仿真结果表明整个控制系统具有很好的性能和鲁棒性。     

考虑状态约束的二体旋转库仑卫星系统重构控制

研究考虑控制输入饱和与状态约束的深空旋转二体库仑卫星构型控制问题,只采用卫星之间的库仑力作为控制力,提出一种基于反步法的非线性控制方法。首先推导了二体库仑卫星在地-月系平动点附近的相对运动方程,利用旋转二体库仑卫星的特性,对方程进行了简化。为了完成禁止相对运动区域的回避,设计了新的状态限制辅助函数,结合抗饱和方法与反步法得到了二体库仑卫星的构型控制器。接着证明了由于状态限制辅助函数的加入,所设计的控制器可以保证卫星相对运动不超出限制范围。进一步应用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的一致最终有界性。最后在Matlab/Simulink平台上进行了仿真校验,结果表明了方法的有效性。     

自动驾驶仪的一种自适应极点配置设计方法

本文主要讨论了战术导弹自动驾驶仪的自适应控制设计。文中以简化的导弹自动驾驶仪的差分方程为控制对象,采用衰减记忆最小二乘法直接识別弹体的时变参数,再应用极点配置控制方法计算出反馈控制量,实现系统的闭环自适应控制。数字仿真结果表明,在改善象自动驾驶仪这样的随机控制系统的性能方面,极点配置自校正控制是一项行之有效的方法。     

基于模糊滑模理论的纵向控制器研究

将模糊滑模控制方法与经典三回路控制结构结合起来,针对超声速导弹设计了纵向控制器.通过定点仿真和空间弹道仿真,检验了所设计控制器的时域响应特性和在有干扰条件下的程序过载稳定跟踪能力,仿真结果说明了该控制器的有效性和鲁棒性.     

考虑伺服回路动态的飞行器攻角鲁棒控制技术

为增强飞行器姿控回路与伺服回路的协调匹配性,提升整个姿态控制系统的综合性能,在考虑飞行器伺服回路动态特性的基础上研究其姿态控制方法。以俯仰通道为例,基于多鲁棒面控制和动态面控制理论,提出一种考虑伺服回路动态特性的攻角鲁棒控制方法,有效解决了回路之间的协调控制问题。计算机仿真结果表明:相比于未考虑伺服回路动态特性的攻角控制方案,该控制方案的攻角跟踪效果更好,飞行器姿控外回路和伺服内回路协调匹配性得到提升,且该方案确保了攻角控制系统具备更优越的综合性能指标。研究成果可重点应用于具有高动态和轻质化需求的飞行器姿态控制领域。