“人在回路”的载人航天器控制系统地面验证平台设计

针对栽人航天器“人在回路”的特点,在评价现有人控交会对接试验系统特点的基础上对地面验证系统设计原则进行归纳,提出一种载人航天器人工控制系统地面验证平台设计方案．该方案在继承以往航天器自动控制系统地面测试系统设计要点的基础上将“人”纳入控制闭环中,确保了载人航天器人工控制系统地面验证真实性．最后对平台的信息流回路、光学变换器等关键技术进行了阐述．     

航天器控制系统高可信度地面测试技术

随着航天器复杂程度和指标要求的不断提高,高可信系统级地面测试越来越凸显其重要性.以工程应用为出发点,对航天器控制系统高可信地面测试涉及的相关理论和技术进行探讨.提出了测试可信度的定义,并以航天控制工程为背景分析了测试可信度的影响因素.在此基础上,系统介绍了柔性化原型测试、航天器控制系统指标专项测试、高可信动力学建模、高可信信号源技术等方面的初步研究成果.     

机抖式激光陀螺抖动效率影响因素研究

基于机抖式激光陀螺的捷联惯导系统是航天器控制系统的关键单机之一.抖动效率是表征机抖式激光陀螺性能的重要参数，实践证明惯导系统设计对陀螺抖动效率有重要影响.通过建立系统的动力学模型，针对各系统参数对陀螺抖动效率的影响规律进行了分析研究.研究表明多个系统参数对陀螺抖动效率有着显著影响，根据分析结果给出了具体的系统设计设计方法和原则，并在某型小型化惯导的设计中得到应用和验证.研究结论对机抖激光捷联系统的小型化和多表冗余设计有一定指导意义，并提供了一种在设计阶段对陀螺抖动效率进行预估的有效方法.     

基于开放式结构的航天器控制系统测试技术研究

介绍了国外先进的基于开放式结构的测试技术,总结分析了中国航天器控制系统测试技术的现状和存在的问题.提出了一个基于开放式结构的航天器控制系统的测试系统实施方案,阐述了该系统所采用的各项关键技术,并提出了后续工作的设想.     

基于摄动模型的挠性航天器姿态控制系统设计

为了完成挠性航天器高精度姿态控制任务,首先采用摄动法分析了挠性航天器动力学方程,得到相应的0阶和1阶动力学系统.针对0阶非线性时不变系统,同时考虑到转动惯量不确定性和干扰,对已有的非线性直接自适应控制律进行改进,设计PI(Propor-tional-Integral)型参数自适应律,以提高姿态控制精度,同时给出了稳定性证明.针对1阶系统设计PI控制器及PPF(Positive Position Feedback)控制器,以有效抑制挠性结构振动.仿真结果表明,在采用摄动法对动力学方程分析的基础上设计姿态控制系统,可以有效完成挠性航天器高精度姿态控制任务.     

低轨航天器天基测控方法研究

我国的航天器测控主要依赖地基测控系统实施,随着民用和军用需求的不断增加,太空运行的低轨航天器数量越来越多.仅依赖地基测控系统满足这些航天器的测控需求越来越困难,费用也越来越高.探索新的、有效且经济的测控模式势在必行.天基测控技术是航天器测控发展的方向,研究和应用天基测控技术具有重要的实用价值,可以解决困扰我国航天领域多年的测控资源紧张问题.在分析美国NASA数据与中继卫星系统相关技术的基础上,提出了我国低轨航天器天地基测控模式,讨论了该模式的运行原理,设计了该模式的仿真系统,分析了应用该模式需解决的关键技术问题,通过基于设计的仿真系统对提出的测控模式进行了验证.验证结果表明了提出的天地基测控模式可行,可以满足低轨航天器的测控需求.      

基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性框架设计与验证

可测试性设计是提升系统研制效率和测试品质的重要方法.给出基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的分层递阶结构,建立可测试性设计的模型框架,并对基于1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的技术实现进行了分析.最后利用TEAMS软件结合实例进行可测试性设计仿真评估,评估结果证明了这种可测试性设计方法的有效性.     

载人航天器在轨维修性系统设计

针对载人航天器在轨维修的特殊性,提出了适用于载人航天器系统设计的维修性设计思想。根据维修性设计理论和工程设计的实际需求,建立了载人航天器维修性系统设计流程,给出了维修性系统指标的确定方法、在轨可更换设备的选择方法、以及维修性分配和预计方法。为载人航天器系统维修性设计提供了一个技术途径。     

摩擦学系统的系统工程及其航天应用

空间摩擦学问题已成为影响航天器精度、寿命和可靠性增长需求的关键因素之一。本文从摩擦学的三个公理出发并基于此理论,分析航天器所处环境工况下的润滑问题、微动-摩擦学行为耦合作用现象以及摩擦-电学行为耦合问题,并分析与其相对应的摩擦学系统设计需求。根据需求建立面向航天器的摩擦学系统设计思路,通过摩擦学系统设计知识库的建立和管理,运用摩擦学的三个公理,在求解过程中引入专家判定系统,实现考虑摩擦学行为的系统依赖性、时变依赖性与多学科、跨学科性的摩擦学系统设计。     

基于随机鲁棒分析的输出反馈特征结构配置

针对输出反馈特征结构配置在参数不确定性系统设计中的鲁棒性问题,提出一种基于随机鲁棒分析的输出反馈特征结构配置优化方法.该方法通过随机鲁棒分析准确度量了闭环系统的鲁棒性,确立控制系统设计要求与待设计参数间的直接联系,并运用优化技术实现闭环系统稳定性与性能间的折衷,最大化控制系统的鲁棒性.通过在某高超声速飞行器横侧向解耦控制系统设计上的应用,验证了该方法的有效性.      

Dynamic modeling and multi-stage integrated control method of ultra-quiet spacecraft

Space telescope ultrahigh precision pointing control requires the spacecraft platform to provide an ultra-quiet working environment. Vibration isolator rejection control and the multi-stage integrated control method is believed to be one of the best methods to improve the space telescope attitude control performance. In this paper, the fine dynamics model of multi-stage spacecraft systems is presented and the multi-stage integrated controller design techniques are provided. Effectiveness of the multi-stage integrated control approach is demonstrated by both the numerical simulation and experiment results. An integrated design and demonstrated experimental environment is developed for high-fidelity control performance assessment. The verification experiments for the space telescope attitude control and vibration control are carried out. The results show that the pointing accuracy and stability of the line-of-sight (LOS) for space telescope are improved at least one order by the multi-stage integrated control method.     

一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计

航天器综合电子系统通用功能集成并芯片化是目前航天器电子系统的发展趋势. 针对中国航天器电子系统小型化、综合化的应用需求,提出一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计方案,分析了ASIC芯片设计中的关键技术,包括芯片系统工作模式、IP核的开发应用、可靠性和低功耗设计,1553B简易终端控制模式是芯片的技术特色和典型应用. ASIC芯片的功能设计、系统仿真验证、FPGA验证和物理设计均已完成,进入流片状态. 芯片的FPGA验证结果证明了芯片设计的有效性和可靠性. ASIC芯片旨在达到国军标548S的要求,应用场景是航天器内数据总线接口单元和遥测遥控.      

航天器交会最终逼近段相对姿态估计与控制

对航天器交会对接最终逼近段,给出姿态运动学方程统一形式以及相对姿态动力学方程;除了应用交会航天器的绝对姿态运动方程进行相对姿态估计(间接法)外,还直接应用相对姿态运动方程进行相对姿态估计(直接法);阐述相对姿态控制的相平面法与四元数反馈法的设计方法.相平面控制法应用常值推力,针对小姿态角机动的特点,将相对姿态通道解耦为3个独立的二阶子系统,设计相平面推力方向切换函数;四元数反馈法应用简化的基于本征轴旋转的线性二阶系统,选择相对四元数与角速率反馈增益系数,确定控制力矩.此外,对相对姿态估计与控制方法进行模拟计算与比较.理论分析与模拟计算结果表明:应用扩展Kalman滤波的相对姿态间接估计法与直接估计法是有效的,后者有可能简化估计算法;相平面控制法与四元数反馈法均可有效实现相对姿态控制,前者应用常值推力(推力方向与姿态反馈有关),较易实现,但动力消耗较大,后者按控制力矩随姿态反馈量而变,动力消耗较小.      

航天器电线电缆寿命预测模型研究

随着航天器复杂大系统的高速发展，以及器上电子产品的广泛应用，使得电线电缆大量应用于复杂系统之间的功率输送和信号控制。在航天器运行过程中，电线电缆由于受到空间布局限制，交叉重叠；同时受振动、温度、空间辐射等外部环境影响，致使电缆老化进而引发其他电气故障。介绍了基于可测特征参数的寿命模型建立方法，得出电缆剩余寿命的预计模型，开展航天器电线电缆老化机制以及寿命预测模型研究，最终实现航天装备电缆寿命预测的能力。     

微型航天器的公用平台和关键技术

未来的微型航天器将采用微型公用平台——集成公用模块。文内阐述了集成公用模块的概念和应用,分别介绍了航天器实现微型化所需的关键技术——无电缆连接、多功能结构、先进的轻型材料、自主热管理的微热控系统、高密度电子线路封装和连接、集成设计环境,最后提出以集成公用模块为基础的微型航天器的设计和研制程序     

航天器集群控制与规划算法仿真验证平台设计

航天器集群作为一种新兴的多航天器协同模式，已经成为分布式空间系统的一个重要研究课题。很多关于航天器集群的关键技术需要在地面进行仿真、分析和验证。针对上述需求，设计了一种仿真验证平台，在地面实现了对航天器智能集群导航、规划与控制算法的全物理分析和验证。首先，给出了仿真验证平台的几种位姿识别方案，重点分析了一种基于单目相机的全局位姿识别技术，提出了一种基于气浮技术的航天器集群控制与规划算法仿真验证平台的总体设计方案，并定义了集群的运动场行为函数，设计了基于滑模控制的路径规划算法。最后，通过仿真验证了本方法的可行性和有效性。     

航天器控制软件可靠性工程方法研究

当前航天器控制软件的复杂度越来越高,软件的规模十分庞大,对软件可靠性安全性要求极高,因此对航天器控制软件的可靠性设计和度量具有重要意义.介绍和分析适用于航天器控制软件的可靠性设计方法,并结合某型号给出实际的软件设计以及可靠性度量的具体实例.     

航天器控制的现状与未来

航天器控制技术是决定航天器发展水平的关键技术之一.针对不同航天活动对航天器控制的特殊要求,分析了高性能卫星、载人航天器、月球探测器和深空探测器等航天器控制的现状.杨嘉墀院士指出航天器控制必将走向智能自主控制之路.进一步提出,航天器智能自主控制应秉承"理论方法、系统结构、器部件要同步研究"的思想和方法.从目前应用情况看,北京控制工程研究所提出的基于特征模型的智能自适应控制方法是大有前途的方法.     

Convex optimisation approach to constrained fuel optimal control of spacecraft in close relative motion

This paper describes an interesting and powerful approach to the constrained fuel-optimal control of spacecraft in close relative motion. The proposed approach is well suited for problems under linear dynamic equations, therefore perfectly fitting to the case of spacecraft flying in close relative motion. If the solution of the optimisation is approximated as a polynomial with respect to the time variable, then the problem can be approached with a technique developed in the control engineering community, known as “Sum Of Squares” (SOS), and the constraints can be reduced to bounds on the polynomials. Such a technique allows rewriting polynomial bounding problems in the form of convex optimisation problems, at the cost of a certain amount of conservatism. The principles of the techniques are explained and some application related to spacecraft flying in close relative motion are shown.