小卫星编队飞行的相对运动学方程研究

以运动学方法为基础研究了编队卫星相对运动的一种更直接方法，利用不同天体力学特性，将相对位置和速度与相对轨道参数建立了联系，首先，详细推导了以运动学方法为基础的相对运动方程，据此可直接得出环绕卫星的轨道根数，其次，为有利于相对轨道分析和设计，对相对运动方程进行了简化，最后，通过例子验证了该方法的正确性，仿真结果表明该方法是有效可行的。     

航天器近距编队轨道动力学模型及仿真

针对目前航天器近距编队长期飞行中存在的HCW模型精确度不够的问题,提出了利用平均轨道根数线性微分漂移率预测J_2摄动下航天器近距编队相对运动的方法,建立了一种新的航天器近距编队轨道动力学模型.仿真结果表明,解析模型计算得到的相对运动轨道和不考虑J_2摄动影响的相对运动轨道相比,解析模型运算时间很短,精度提高约50%(10个轨道周期之后),证明了模型的有效性和快速性,适合在线运行,同时给出了解析模型的适用范围.     

轮履复合式军用地面探测车运动学建模及分析

为更好的对军用探测车运动过程进行控制,提出了轮履复合式探测车运动学模型的构建方法.通过对轮履复合式移动系统结构进行分析,首先建立了探测车三维运动学模型,并推出了其运动方程;其次建立了探测车车体速度与车轮速度之间的雅可比矩阵,利用最小二乘法对车体速度进行求解,提供了获得探测车越障过程中位置和方位的方法.最后对探测车行进过程进行了运动仿真,数值仿真分析验证了运动学模型的正确性及轮履复合式移动系统的运动特性.      

基于MPSP的次优滑模制导律

针对导弹拦截机动目标的问题,提出了一种能满足多终端约束的次优滑模制导律(Sub-OSMG).该算法将模型预测静态规划(MPSP)与滑模控制(SMC)相结合,解决了MPSP在系统模型不精确时由于依赖模型预测而导致的控制量发散问题;基于三自由度相对运动方程建立所提出的制导律,其鲁棒性通过Lyapunov稳定性理论进行了证明;在滑模控制的设计中引入一种较为新颖的滑模面,巧妙地继承了两种方法的优点,其区别于传统扩展比例导引(APN),在仅知机动幅值的情况下,能精确地击中目标.仿真结果表明,所提出的Sub-OSMG能够有效地抵消外部扰动,具有更高的精度、更好的鲁棒性、更小的控制代价.     

集群航天器构形重构滑模变结构控制方法

针对大规模航天器集群飞行构形控制问题,提出了一种基于滑模变结构控制与改进人工势场法相结合的控制方法。集群航天器相对运动采用非线性动力学方程描述,人工势场法可以避免集群航天器之间的碰撞,滑模变结构控制对摄动干扰和模型不确定性具有鲁棒性,可以实现构形的精确控制。利用Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的全局渐进稳定性。通过仿真算例,验证了控制方法的可行性。     

基于Lagrange方法的单旋翼飞行器动力学建模

为了进行微小型单旋翼飞行器的动力学建模,通过建立多个坐标系来反映各部分间的相对运动.首先,利用坐标变换得到位置、速度及加速度等向量,并代入拉格朗日方程得到运动学模型;然后,对模型进行数值求解,得到飞行器的姿态响应.仿真结果表明,飞行器定点盘旋时合外力为零,能量保持不变;爬升或前飞时有非保守力做正功,能量增大.     

导弹运动方程的逆解析解

针对在采用反馈线性化理论设计导弹飞行控制系统时控制器算法对导弹逆模型的要求 ,推导了导弹运动方程的逆解析解 ,包括导弹质心运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解、姿态运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解 ,详细给出了逆模型的求解过程 ,为一类飞行控制系统运用全局线性化设计奠定了基础。最后 ,结合工程应用进行了仿真计算 ,仿真结果表明逆解析解的推导是正确的     

基于GRU的敌方拦截弹制导律快速辨识方法

针对拦截弹制导律辨识问题,基于门循环单元(GRU)神经网络提出了一种制导律辨识方法.首先,构建了三维空间下的拦截弹-我方飞行器相对运动模型,并假设拦截弹采用经典的比例导引(PN)制导律或增强比例导引(APN)制导律.由相对运动模型提取数据,构成训练样本集和测试样本集,样本输入为敌我双方运动学信息,标签为敌方拦截弹对应的...     

惯性平台误差标定仿真数据源建模研究

为满足平台导航方式自标定算法对仿真数据源的需求,归纳总结了标定算法对仿真数据源的要求,提出了用于产生标定仿真数据的平台运动学模型.该模型在反映误差作用的同时回避了平台复杂控制系统和动力学特性,采用运动学微分方程描述台体在指令角速度激励下相对惯性空间的运动,通过代数方程描述加速度计的输出和框架角输出.在典型轨迹下,对仿真...     

基于SDRE方法的空间飞行器轨道交会状态估计

针对空间飞行器自主交会对接的最终逼近阶段,采用雷达作为相对测量设备,建立了目标飞行器轨道坐标系下的相对运动方程以及基于星载雷达的测量模型;运用基于状态相关黎卡提方程(SDRE)的方法设计滤波器,对目标飞行器运动状态进行估计,给出了状态相关黎卡提方程的数值解法,通过具体仿真算例分析了所设计滤波器的性能,并与扩展卡尔曼滤波器进行了比较,结果表明所提出的滤波器模型具有更高的相对状态确定精度.     

基于相对轨道要素的航天器相对运动碰撞分析

采用基于相对轨道要素的方法,建立了计算碰撺概率的数学模型.在二体圆轨道条件下,推导验证了与基于Clohessy-wiltshire(C-W)方程的碰撞模型的等价关系,并解决了C-W方程存在的若干问题.在航天器近距离相对运动构型设计中提出了基于相对轨道要素的碰撞分析方法,突出了相对轨道要素在构型设计以及碰撞分析中的作用....     

“一对一”空战中载机与目标的运动特性分析

从战术与技术相结合的角度,建立了“一对一”空战中交战双方的运动学方程,运用瞬时跨距的方法分析了载机与目标的相对运动,研究了目标在载机坐标系中的运动特性。文中的研究结果对歼击机“一对一”空战的战术选择有一定的指导意义。     

多体运动理论与齿轮测量中心的几何误差建模

本文阐述了多体系统的拓扑结构和低序体阵列,其特征矩阵的基本概念和构建方法,分析了多体系统误差运动的基本规律,结合891E型齿轮测量中心研究了根据特征矩阵得到其空间几何误差的算法,为齿轮测量中心精度分析和几何误差提供了一种理想的建模方法.     

Close relative motion on distant retrograde orbits

Distant Retrograde Orbits (DROs) in the Earth-Moon system have great potential to support varieties of missions due to the favorable stability and orbital positions. Thus, the close relative motion on DROs should be analyzed to design formations to assist or extend the DRO missions. However, as the reference DROs are obtained through numerical methods, the close relative motions on DROs are non-analytical, which severely limits the design of relative trajectories. In this paper, a novel approach is proposed to construct the analytical solution of bounded close relative motion on DROs. The linear dynamics of relative motion on DRO is established at first. The preliminary forms of the general solutions are obtained based on the Floquet theory. And the general solutions are classified as different modes depending on their periodic components. A new parameterization is applied to each mode, which allows us to explore the geometries of quasi-periodic modes in detail. In each mode, the solutions are integrated as a uniform expression and their periodic components are expanded as truncated Fourier series. In this way, the analytical bounded relative motion on DRO is obtained. Based on the analytical expression, the characteristics of different modes are comprehensively analyzed. The natural periodic mode is always located on the single side of the target spacecraft on DRO and is appropriate to be the parking orbits of the rendezvous and docking. On the basis of quasi-periodic modes, quasi-elliptical fly-around relative trajectories are designed with the assistance of only two impulses per period. The fly-around formation can support observations to targets on DRO from multiple viewing angles. And the fly-around formation is validated in a more practical ephemeris model.     

Nonlinear dynamics of a flapping rotary wing: Modeling and optimal wing kinematic analysis

The analysis of the passive rotation feature of a micro Flapping Rotary Wing(FRW)applicable for Micro Air Vehicle(MAV) design is presented in this paper. The dynamics of the wing and its influence on aerodynamic performance of FRW is studied at low Reynolds number(~10~3).The FRW is modeled as a simplified system of three rigid bodies: a rotary base with two flapping wings. The multibody dynamic theory is employed to derive the motion equations for FRW. A quasi-steady aerodynamic model is utilized for the calculation of the aerodynamic forces and moments. The dynamic motion process and the effects of the kinematics of wings on the dynamic rotational equilibrium of FWR and the aerodynamic performances are studied. The results show that the passive rotation motion of the wings is a continuous dynamic process which converges into an equilibrium rotary velocity due to the interaction between aerodynamic thrust, drag force and wing inertia. This causes a unique dynamic time-lag phenomena of lift generation for FRW, unlike the normal flapping wing flight vehicle driven by its own motor to actively rotate its wings. The analysis also shows that in order to acquire a high positive lift generation with high power efficiency and small dynamic time-lag, a relative high mid-up stroke angle within 7–15° and low mid-down stroke angle within -40° to -35° are necessary. The results provide a quantified guidance for design option of FRW together with the optimal kinematics of motion according to flight performance requirement.     

对失控航天器在轨服务的自适应滑模控制器设计

为实现对自由翻滚的失控目标航天器进行在轨服务,基于二阶滑模控制算法设计了相对位置与姿态耦合的自适应控制器。考虑相对转动对相对平动的耦合作用,建立了两航天器对接端口间相对位置与姿态耦合的动力学模型,并在此基础上设计了自适应Super twisting控制器,以减弱已知界限的有界干扰所产生的震颤效应,使闭环系统在有限时间内收敛到平衡点。利用李雅普诺夫方法证明了有界干扰下的闭环系统稳定性,并对收敛时间的上界进行了估计。仿真结果表明,与Super twisting算法相比,所设计的自适应二阶滑模控制器对参数不确定性及线性增长有界干扰具有较强的鲁棒性,且控制精度满足在轨服务的任务需求。     

基于相对轨道要素的椭圆轨道卫星相对运动研究

采用球面几何方法,严格定义了相对轨道要素(ROE),推导了其与绝对轨道要素(AOE)之间精确的相互转换关系;针对近圆和椭圆基准轨道相对运动情况,给出相对轨道要素和绝对轨道要素之间相互转换的近似式,以满足不同任务的要求;分析了卫星近距离相对运动时相对轨道要素的一些特性;基于相对轨道要素,推导了无奇点问题的、适用于近圆和椭...     

双级延伸喷管动特性数学模型的建立

讨论了双级延伸喷管的动特性,确定了贮气瓶内压强、放气时间与延伸喷管运动参数之间的关系,建立了通用的数学模型,为供气系统和延伸喷管各部件的设计提供了理论依据。     

Stewart机床运动学分析

运用多体系统理论研究了6-SPS型Stewart机床机构和丰田型Stewart机床机构的运动学,建立了相应的零级（位姿）和一级（速度和角速度）运动学方程,获得了两种Stewart机床机构的雅可比矩阵。运用多体系统通用分析软件对Stewart机床的运动进行了仿真计算,为后续研究等奠定良好基础。