小推力速度闭环交会制导律设计

在空间飞行器交会对接的近程导引阶段,以小推力喷气发动机作为执行机构,同时完成轨道控制和姿态稳定.基于C-W方程提出了速度闭环交会制导方案,依据转动惯量是否为对角占优阵,姿态与轨道协调控制采用分时控制方案或同时控制方案,轨控推力和姿控力矩指令由同一套小推力发动机来执行.分析了此方案的制导误差,并提出了分步多推力弧段的小推力交会制导方法以提高制导精度.基于MATLAB/Simulink仿真平台实现了两个空间飞行器的分步多推力弧段近程交会导引仿真,仿真结果证实了所采用方法的有效性.     

空间交会N次推力机动状态方程及控制算法

N次推力是一种值得推荐的空间交会机动推力模式。本文从C-W方程出发，推导出准确的N次推力机动状态方程，以此为依据阐述并比较了近程导引段N次推力制导的两种控制算法。     

基于Lyapunov直接法的航天器近程导引控制律

基于C-W方程的相对动力学模型,用Lyapunov直接法设计了一种运行于近圆轨道航天器的近程导引控制律,给出了控制模型。该控制律简单有效,无需求解系统方程即可分析和判断近程导引的稳定性进而施加控制。仿真结果表明,该法的导引精度可满足要求,其收敛时间和燃料消耗也在可接受的范围内。     

侵彻制导武器终端多约束最优制导律

针对侵彻型制导武器终端多约束制导问题,建立包含一阶弹体动力学的多约束制导模型,采用最优控制方法推导终端多约束制导问题的通解。根据终端约束与罚函数的关系,求解了实际工程中关心的3种最优制导律,并结合当前主流制导控制体制,在小角假设下,将其表述为便于工程实现的形式,即包含弹体动力学的最优比例导引制导律、弹道成型最优制导律和终端多约束最优制导律。理论分析和典型末制导条件仿真表明,后2种制导律可为侵彻制导武器终端位置与角度双约束以及位置、角度与加速度多约束制导问题提供理论基础和工程应用参考。     

视场角受限的三维攻击角度控制导引律

考虑末制导阶段捷联导引头视场角限制及攻击角度约束,提出一种基于三维比例导引攻击角度控制的导引律。首先,利用三维矢量制导模型和四元数理论实现三维比例导引的攻击角度预测,进而基于空间几何原理设计一种能够满足视场角约束的三维比例导引攻击角度控制方法。对闭环制导动力学进行分析,并采用李雅普诺夫原理证明视场角受限情况下的制导误差收敛性。分析该制导方法在导弹速度大小变化情况下的轨迹不变性,进而保证制导方法在速度大小变化情况下的有效性。理论分析和仿真校验结果说明了该方法的正确性和有效性。提出的方法可为视场角受限下的攻击角度控制导引律设计提供参考。     

考虑探测构形的多飞行器协同探测与制导一体化设计

针对多飞行器协同拦截机动目标时几何构形会影响协同探测和制导效果的问题，基于最优控制理论提出一种考虑探测构形的协同探测与制导一体化设计方法。基于飞行器相对运动学、动力学方程和双视线协同探测原理，建立了协同拦截模型。在制导设计中引入视线分离角参量以调制协同探测几何构形、减小相对距离探测误差，从而在制导全程增强协同探测效果。将相对距离协同探测结果应用到剩余时间和制导律解算中，基于最优控制理论实现协同探测与制导环节一体化设计。仿真结果表明：在目标进行不同程度机动的情况下，与修正比例导引律相比，所提方法在协同探测和制导方面均具有明显优势。     

C-W制导误差分析

以交会对接近程导引段为例,对C-W制导误差进行分析,包括非线性误差,摄动加速度误差和导航误差.利用摄动解理论,给出了在非线性误差和J2项摄动加速度作用下,摄动相对运动方程的解析形式,并利用Monte Carlo方法仿真得到导航误差对制导误差的影响.分析结果表明:非线性误差和J2项摄动是追踪器距离目标器较远时的主要影响因素,其影响随相对距离的减小而减小;而导航误差的影响只与转移时间有关,是相对距离较近时的主要影响因素.     

考虑导弹自动驾驶仪动特性的三维非线性导引律

基于三维球坐标系下目标-导弹相对运动方程,考虑导弹自动驾驶仪动态特性,应用递推Lyapunov方法设计了一种三维非线性导引律.在设计的过程中,不需要消去三维制导动力学方程中的非线性耦合项,使得导引规律的最终表达形式得以极大简化.该导引律有效地克服了导弹控制系统的动态延迟对制导精度的影响.仿真结果表明,在目标做大机动逃逸,导弹自动驾驶仪存在较大滞后情况下,这种导引律仍具有很高的制导精度.     

大气层外拦截器脉冲制导律

针对大气层外拦截器（EKV）轨控发动机垂直于体轴且导引头视场角极窄的特点,提出了一种采用固定推力发动机沿视线法向方向调整拦截弹速度矢量实施轨控的脉冲制导（PG）方法。制导开始时制导系统确定制导脉冲的施加时刻及制导脉宽,并引导制导系统选择轨控发动机执行;用施加修正制导脉冲的方式修正拦截双方地球引力加速度差对拦截效果的影响,并确定修正脉冲的施加时刻;选择修正制导脉冲施加时刻通过实施的脉冲修正方案消除末制导段的零控脱靶量。仿真结果表明：与修正的真比例导引制导相比,脉冲制导的能耗少、实施易,拦截过程中拦截双方的高度差越小,其拦截代价也越小。     

大气层外自旋拦截器末制导控制研究

对大气层外自旋拦截器的末制导控制进行了研究。考虑变质量后质心位置变化产生的扰动力矩对拦截器姿态的干扰,以及弹体自旋运动对直接力分量的影响,建立了拦截器运动模型和相对运动方程。基于现有的脉冲发动机,根据理论所需冲量确定脉冲发动机数和相应的最佳布局,以及等效控制力大小与方向。用衰减记忆滤波算法提取高精度视线转率,选用比例导引律,相对距离变化率采用近似计算,设定视线转率门限避免发动机点火过于频繁。设计了包括脉冲发动机点火策略的算法,可在满足脱靶量要求前提下最大限度减少脉冲发动机消耗和对导弹姿态角的影响。仿真结果表明:该法能有效实现大气层外自旋拦截器在末制导段的精确制导控制。     

Optimisation non-linéaire de l'ensemble attitude-gain de vitesse d'un véhicule spatial monotuyere

In the standard control design of powered spacecraft, guidance and attitude control are two independent problems which are attacked separately. As an example of joint guidance and attitude control synthesis, this communication presents the solution to the planar, minimum-time, optimal control problem of a powered spacecraft. The control is determined by a numerical technique based upon the maximum principle. The results provide a display of the various possible maneuver shapes and then provide a guide for a practical definition of closed-loop control laws.     

多脉冲C-W交会的优化方法

在航天器的近距离交会中,常采用C-W交会的方法.本文发展了多脉冲C-W交会.建立了一般情况下的优化模型,并进行了分析.为了减少优化变量,提出了三种速度脉冲施加模式：切向、径向、变径向.提出了一种简单的误差修正方法：通过修正计算的目标位置而减小仿真误差.在实际算例中采用了遗传算法.针对多个初始状态,不同的脉冲次数进行了仿真计算,并与文献中的算法进行了对比,精度有了进一步的提高,结果证明优化模型是可行的,可以应用于多种情况.     

挠性飞行器的脉冲调制控制

三轴稳定控制是大挠性飞行器有效和重要的姿态控制方式，喷嘴控制是实现三轴稳定控制的手段之一。本文针对伪速率调制器（ＰＳＲＭ）和脉冲调宽调频调制器（ＰＷＰＦＭ），采用非线性脉冲调制器线性化和描述函数两种方法来分析大挠性航天飞行器的姿态稳定性问题，并对某型卫星的远地点点火姿态控制系统进行了分析和仿真。     

速度信息缺失的平动点轨道交会预设性能控制

以平动点轨道的交会对接为研究背景，基于高阶积分链微分器和预设性能控制理论提出了一种仅需相对位置信息的平动点轨道近程交会控制律。首先利用高阶积分链微分器估计两航天器的相对速度状态，并设计预设性能控制器使得两航天器的相对运动状态在预设的边界内渐近收敛到期望状态。然后利用李雅普诺夫函数证明相对运动状态存在扰动时控制器的稳定性。该方法为闭环控制，且与模型无关，容易在线操作。仿真结果表明，在平动点轨道航天器存在未知扰动以及导航制导等不确定的情况下，利用所提交会控制律能够实现追踪航天器与目标航天器交会任务的高精度实时控制，具有较强鲁棒性。     

航天器环境干扰力矩的闭环辨识与补偿

研究引入干扰力矩辨识的方法提高三轴稳定航天器在稳态运行期间的高精度指向控制问题.基于航天器的稳态输出数据和系统传递函数,对环境干扰力矩的完整模型进行闭环辨识.其中采用改进的特征系统实现相关算法和多元线性回归法辨识环境干扰力矩的模型参数,最后使用前馈控制对所辨识的环境干扰力矩实现在线补偿.分析和仿真结果表明,该方案能有效地克服不确定的环境干扰力矩对姿态稳定度的影响,提高在轨运行航天器的姿态稳定精度.     

载人航天器密封舱地面微生物控制与检测

研究载人航天器密封舱微生物控制技术的目的是指导后续长期驻留阶段密封舱微生物的控制工作。文章以某中短期驻留载人航天器为例,分析了航天器发射前地面研制阶段微生物控制的关键因素,提出了控制方法,并对舱内微生物控制情况进行了实际检测。测试结果表明微生物控制水平满足驻留要求,控制措施有效。     

深空探测器热控系统设计方法研究

针对国外深空探测器热控系统设计方法进行了调研和综述,并在此基础上提出了深空探测器的热控系统设计特点,为我国深空探测器热控系统的设计提供参考。     

面向资源约束航天器控制系统的故障检测研究

针对航天器控制系统的闭环特性和星载计算机存储空间和计算能力等资源受限的特点,研究基于互质分解技术和Youla参数化方法的故障检测方法.考虑航天器控制系统动力学方程和运动学方程,建立线性化系统模型,并给出状态空间表达形式;以状态观测器为基础,利用互质分解技术和Youla参数化方法分别研究控制信号和控制误差与残差的关系,进而给出只与控制信号和控制误差相关的残差设计方法;建立卫星闭环姿态控制系统仿真平台对算法进行仿真验证.仿真结果表明:由于在故障检测过程中避免了观测器的并行运行,因此所提方法在保证故障检测性能的前提下减少了计算量.     

控制受限柔性航天器姿态机动内闭环成形控制

针对柔性航天器带有执行机构饱和的姿态控制问题,提出了一种将反馈控制与内闭环信号成形相结合的控制方法。将成形器作用于系统内闭环回路中,通过人为引入控制延时达到抑制振动的目的,避免敏感器扰动、执行机构饱和等非线性影响控制器振动抑制效果。全物理实验结果表明,在反作用飞轮存在控制力矩饱和的情况下,该方法不仅使航天器快速地、平稳地完成高精度姿态机动,而且显著地减少了柔性结构的弹性振动,具有算法简单、易于在轨实时计算的优点。
     

控制受限的编队航天器鲁棒自适应控制

研究了考虑控制受限的编队航天器鲁棒自适应轨道跟踪控制问题。针对航天器编队飞行系统中控制受限、外部扰动和模型不确定性的情况,利用反步控制方法和指令滤波设计提出了一种鲁棒自适应控制策略。指令滤波器用于补偿控制受限对于控制器的影响,同时设计了自适应律对未知参数进行估计,并且利用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的渐近稳定性。和滑模控制等传统鲁棒控制不同,所设计的鲁棒自适应控制器是连续的,更便于航天器编队飞行系统的实现。仿真结果表明所设计的控制器既能实现高精度的编队飞行跟踪控制,又能保证控制受限的要求。