基于输入成形的挠性航天器自适应滑模控制

针对大型挠性航天器姿态机动过程中的振动抑制问题,提出一种输入成形(IS)与自适应滑模控制(ASMC)相结合的控制策略.该控制策略利用输入成形抑制标称挠性系统的残余振动,并通过滑模控制保证实际系统在参数不确定性和外部干扰的影响下实现对标称系统的跟踪,解决了输入成形对参数不确定性和外部干扰的敏感性问题.进一步采用自适应技术去除了滑模切换增益对参数不确定性和干扰上界的先验性要求.仿真结果表明,在参数不确定性和外界干扰的影响下,该控制方法能够保证在完成姿态机动的同时抑制航天器的挠性振动.     

挠性飞行器姿态机动脉冲调宽控制系统设计

大挠性充液飞行器喷气姿态控制系统设计是一个复杂和关键的问题,为了抑制挠性振动,设计形状输入信号,选取双曲正切作为平滑函数,并和Bang-Bang控制对比研究.喷气脉冲调制采用工程上易于实现的脉冲调宽（PWM）设计方法,结合积分死区原理设计脉冲宽度,对具有挠性充液动力学特性的对象进行控制,抑制了振动模态和晃动模态,实现了平滑机动控制.通过数学仿真表明,形状输入法和合理的脉冲调宽逻辑可以有效抑制大挠性飞行器姿态机动控制过程中的挠性振动.     

应用分力合成主动振动抑制方法的最优飞行器大角度机动控制策略

 针对当代带大型挠性附件的空间飞行器,提出了分力合成主动振动抑制方法,并且分析了方法的鲁棒性。该方法可以保证挠性飞行器在实现指定的刚体运动的同时,抑制掉对系统影响较大的挠性振动模态,对频率不确定性的鲁棒性使得该方法易于工程实践。对于使用常幅值力矩喷气执行机构的航天器,设计了应用分力合成方法的时间—燃料最优机动控制律,数值仿真结果验证了方法的有效性。     

挠性卫星执行器故障下的反步容错控制

在轨挠性卫星的工作环境恶劣,不仅有外部干扰和挠性附件振动引起的内部干扰影响本体的姿态,还可能发生执行器故障。针对存在外部干扰和执行器故障的挠性卫星,提出了一种基于故障估计器的容错控制策略。首先,针对未知的外部干扰和执行器故障构造辅助系统,并利用投影函数设计自适应故障估计器估计执行器效率损失因子,同时设计了基于参数自适应律的方法补偿外部干扰、挠性部件震荡引起的内部干扰和执行器加性故障。然后,借助估计信息设计了基于反步法的容错控制器,并利用Lyapunov方法分析了闭环系统的稳定性,进而确保研究的控制方法能够使得挠性卫星的姿态和角速度有效跟踪期望信号。最后,通过数值仿真对比验证了所设计控制器的有效性。该容错控制策略能保证挠性卫星在内外部干扰和执行器故障下的跟踪控制效果,具有实际应用价值。     

柔性天线面对漂浮基星载天线扰动分析及抑制

 为了研究柔性天线面弹性变形对漂浮基星载天线的扰动,采用固定界面模态综合法和Lagrange方法,通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,其所建立的动力学模型计算效率高并具有足够的精度。分析了柔性天线面弹性变形对星载天线的扰动,利用PD+振动力反馈控制抑制系统振动,并基于Lyapunov方法证明了控制系统的渐近稳定性。仿真结果表明：天线工作过程激起了柔性天线面弹性振动,进而引起星载天线的抖动,严重影响了星载天线的指向精度;利用其控制策略能快速抑制系统振动。结论对天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

弹性机翼阵风减缓控制策略风洞试验

介绍了2种用于弹性机翼阵风减缓的控制策略。第1种控制策略是模态阻尼增强的阵风减缓（MDEGA）,通过反馈翼尖振动速度驱动副翼做卸载偏转,从而减缓机翼的动载荷及振动。第2种控制策略是基于阵风感知的阵风抑制（GSBGS）,由阵风探测器感知阵风速度并前馈给副翼做出偏转,利用副翼操纵力抵消阵风载荷。为验证2种控制策略的实施效果,以某弹性飞机缩比模型的大展弦比机翼为研究对象,进行了阵风载荷减缓原理风洞试验。试验结果表明2种控制器对机翼一弯模态的阵风响应减缓效果显著,翼根弯矩和翼尖过载峰值的减缓量均超过50%。与MDEGA相比GSBGS对峰值外频率点阵风响应的减缓更加有效。2种控制策略各具特点,可为工程设计提供参考：MDEGA等效于增加结构阻尼,不需要精确测量阵风,但受气动伺服弹性稳定性约束;GSBGS是开环控制,不改变飞机动态特性,但严重依赖于阵风探测的精度。     

机动飞行条件下带挤压油膜阻尼器的Jeffcott转子系统的振动特性

建立了带挤压油膜阻尼器的Jeffcott转子系统的运动微分方程,研究了机动飞行条件下转子系统的振动特性。结果表明,机动飞行对转子系统振动的影响是明显的,机动飞行所产生的附加离心力和附加陀螺力矩将改变挤压油膜阻尼器的受力;SFD能够有效地抑制瞬态振动,起到快速稳定系统的作用。      

基座弹性影响下空间站柔性关节机械臂的鲁棒自适应滑模控制及双重弹性振动主动抑制

讨论了基座存在弹性情况下,载体位置、姿态均不控的空间站柔性关节机械臂系统控制问题。利用拉格朗日方法结合动量守恒定律,建立了弹性基座空间站柔性关节机械臂系统动力学方程。以此为基础,依据级联控制法,将系统分解为弹性基座刚性臂子系统和关节柔性电机转子子系统。对于弹性基座刚性臂子系统,为了主动抑制弹性基座柔性振动,运用虚拟力的概念,构造同时反映柔性模态和刚性运动轨迹的混合期望轨迹,通过改造原有的控制方案,提出基于虚拟力概念的鲁棒自适应滑模控制器控制策略,由于运用了虚拟力的概念,从而仅通过设计一个控制输入便可同时保证刚性轨迹跟踪并对载体基座的弹性振动进行主动抑制,更适应于空间站柔性关节机械臂系统的实际应用。同时,针对系统参数未知的情况,利用级联控制方法能够有效地抑制柔性关节的振动。理论分析及仿真算例均表明了控制方法的可行性。     

基于多目标进化算法的卫星机动路径规划

建立了带挠性帆板卫星姿态控制问题的多目标优化模型,并基于一种多目标优化精英进化算法,规划卫星姿态机动的最优路径,以进一步提高卫星姿态控制系统的控制性能.仿真结果表明,所提方法只需运行一次,便能够有效地规划出一组多样性较好的非支配路径解,供决策者在不同的工作目标下选择,有效地缓解了卫星快速性、姿态稳定度、卫星机动所激发的帆板低振动强度之间的矛盾.      

机动飞行下机载磁悬浮转子振动响应

为了探究机动飞行对机载磁悬浮转子振动响应的影响，建立了飞机机动飞行下柔性转子的运动微分方程和磁悬浮轴承 模型，使用基础运动的6个参数描述了飞机转弯和俯冲拉升2种机动飞行的完整过程，对1个磁悬浮轴承支承的单盘柔性转子进 行了振动响应数值计算分析。仿真结果表明：采用比例-微分控制的磁悬浮轴承转子系统在飞机转弯和俯冲拉升时，转子进动中 心会随着机动飞行过程发生偏移，转子振动增大，可能与磁悬浮轴承发生碰摩故障；采用比例-积分-微分控制时，磁悬浮轴承可以 以增大控制电流为代价减小机动飞行对转子振动的影响。为了实现磁悬浮轴承在航空发动机等机载旋转机械上的应用，在磁悬 浮转子系统设计时要充分考虑机动飞行对振动响应的影响。     

舵面损伤的气动模型及故障检测研究

针对飞机舵面损伤故障检测和诊断的气动模型和飞行状态限制，提出了在线故障模式预测方法，并使用某机的故障及正常风洞数据建立了舵面损伤非线性气动模型。最后，仿真验证了该方案的气动模型独立性、飞行状态及操纵的适应性。结果表明，该方法可提高自修复飞控系统中舵面损伤故障检测算法的适用性和工程应用能力。     

Dynamic modeling of flexible multibody structures

This work is primarily concerned with the development of a mathematical formulation capable of treating the problems of maneuvering and control of flexible multibody structures. The analytical formulation is based upon equations of motion in terms of quasi-coordinates derived for each substructure independently. The individual substructures are made to act as a single structure by means of a consistent kinematical synthesis. In recognition of smaller elastic motions, a perturbation approach is developed whereby the rigid-body maneuvering of the system defines the zero-order kinematical dynamics, while the elastic motions and perturbations from the rigid-body maneuvering define the first-order kinematical synthesis. As a numerical example, the Planar Articulating Controls Experimental (PACE) test article is maneuvered according to a bang-bang control law by means of torque applied to the shoulder and the elbow. The numerical simulation shows a close match with the detailed modal survey     

A composite control scheme for attitude maneuvering and elastic mode stabilization of flexible spacecraft with measurable output feedback

This paper treats the question of attitude maneuver control and elastic mode stabilization of a flexible spacecraft based on adaptive sliding mode theory and active vibration control technique using piezoelectric materials. More precisely, a modified positive position feedback (PPF) scheme is developed to design the PPF compensator gains in a more systematical way to stabilize the vibration modes in the inner loop, in which a cost function is introduced to be minimized by the feedback gains subject to the stability criterion at the same time. Based on adaptive sliding mode control theory, a discontinuous attitude control law is derived to achieve the desired position of the spacecraft, taking explicitly into account the mismatched perturbation and actuator constraints. In the attitude control law, an adaptive mechanism is also embedded such that the unknown upper bound of perturbation is automatically adapted. Once the controlled attitude control system reaches the switching hyperplane, the state variables can be driven into a small bounded region. An additional attractive feature of the attitude control method is that the structure of the controller is independent of the elastic mode dynamics of the spacecraft, since in practice the measurement of flexible modes is not easy or feasible. The proposed control strategy has been implemented on a flexible spacecraft. Both analytical and numerical results are presented to show the theoretical and practical merit of this approach.     

固体火箭发动机柔性喷管摆动机构的结构可靠度分析

把固体火箭发动机柔性喷管的摆动机构看作为一个结构体系，在枚举了其主要失效模式后，采用结构体系可靠性分析的二阶窄边界法，对柔性喷管的摆动机构进行了结构可靠性分析，得到了柔性喷管摆动机构结构可靠度的基本公式。     

机动目标拦截末制导状态估计器的误差特性

 针对大机动目标拦截问题,分析了末制导阶段目标机动条件下状态估计器的误差特性。首先将目标机动输入未知时的状态估计器模型表示为一随机线性混合系统,当混合系统的模式跳变事件满足可观测性条件时,模式决策过程可等效为真实模式的延迟;随后推导了模式决策延迟条件下估计误差的动态方程与传递函数,并得到了一定误差要求下模式决策延迟的上界与目标机动模式逗留时间的下界;最后通过空空导弹拦截高速战机的典型实例验证了该理论分析的正确性。研究结果为设计此类线性混合系统估计器提供了理论依据。     

战斗机滚转姿态快速性研究

介绍了战斗机中等幅度滚转姿态快速性的定义，应用欧拉法对19种飞机构形的滚转快速性进行了仿真计算．其结果与地面模拟战斗机攻击机动试验相比较，表明滚转姿态快速性与滚转模态时间常数、滚转操纵效能、副翼操纵速率和控制系统增益等飞行品质要求密切相关，飞行品质标准MIL—STD—1797没有完全涵盖中等幅度滚转姿态变化的要求。     

机动转弯条件下转子有限元建模方法

为了使机动转弯条件下转子动力学模型更加精确,考虑梁单元的转动惯量和剪切变形,对有限元Timoshenko梁模型的相关理论进行推导;考虑到机动转弯载荷对转子响应的影响,对机动转弯条件下梁单元、刚性圆盘单元的机动载荷向量和重力载荷向量进行推导。利用以上推导结果建立了1套机动转弯条件下转子有限元的建模方法,利用该方法建立的模型进行机动转弯过程中含弹性支承双盘转子的振动响应计算,结果表明:机动转弯产生的附加载荷会使转子模型产生一定的静位移。     

月球探测器姿态大角度机动的反作用轮控制

研究了月球探测器转速与控制力矩受限的姿态大角度机动问题。根据时间变尺度思想，提出了双回路反馈的姿态大角度机动控制方法。以某型月球控测器为例，对该方法进行了仿真验证。结果表明，利用该控制方法，可使探测器以期望的角速度转动，从而完成探测器的姿态大角度机动。     

柔性悬臂梁振动主动控制实验研究

以压电陶瓷为作动器，并采用独立模态控制法，对冲击载荷作用下的大柔度悬臂梁前三阶模态进行了振动主动控制研究。实验结果表明，使用独立模态控制方法，能有效地抑制悬臂梁的振动，控制效果非常明显。采用模态滤波和相移控制器进行模态分离和相位调节，可获得最大结构阻尼，取得良好的动态控制效果。     

考虑驾驶仪动态特性的固定时间收敛制导律

针对打击机动目标的制导问题，设计了一种同时考虑攻击角度约束、自动驾驶仪动态特性和固定时间收敛的新型制导律。首先，基于非奇异终端滑模控制和固定时间稳定性理论，采用反步递推方法设计制导律。在制导律设计过程中，设计了一种固定时间收敛的非奇异终端滑模面，基于固定时间控制和滑模控制，设计虚拟控制律，构造一种非线性一阶滤波器解决传统反步设计中的"微分膨胀"问题。基于超螺旋算法和固定时间稳定性理论，设计了一种固定时间收敛的滑模干扰观测器，用于估计目标机动等干扰。然后，基于Lyapunov稳定性理论，对制导律的固定时间稳定性进行了证明，并给出了收敛时间的表达式。最后，通过仿真分析，验证了所提制导律的有效性，和现有制导律相比，所提制导律具有较高的制导精度和角度约束精度、较快的系统收敛速度以及较少的能量消耗。