航天员的模糊控制模型及应用展望

本文以航天员控制过程中的思维活动(概念、判断、推理和决断)为基础,用模糊集理论建立了航天员的模糊控制模型,并在地面模拟条件下,用航天员控制飞船时的实验结果说明了模型的有效性。本模型可以描述航天员控制载人航天飞行器(如飞船、航天飞机和空间站等)的控制行为。该模型的建立不仅为航天人—机—环境系统的总体分析、评价和设计提供新手段,而且为模糊控制理论的发展和模糊控制系统的分析、设计奠定了基础。     

载人飞船再入大气层航程控制的模糊控制器设计方法

将模糊控制理论应用于载人飞船再入大气层的落点航程控制问题 ,以纵程误差ΔDR、横程误差ΔCR、剩余时间tcf为输入变量 ,滚动角γv为输出变量 ,得到一个三输入单输出系统的模糊控制器并给出了便于工程应用的设计方法及仿真结果     

导弹电液伺服机构的变论域自适应模糊滑模控制

为减弱导弹电液伺服机构位置跟踪滑模控制(SMC)的抖振,提出了一种基于变论域自适应模糊滑模控制(AFSMC)方法。通过在线调节输入变量论域和规则后件隶属度函数,可在不影响滑模变结构控制鲁棒性的情况下有效削弱滑模切换控制产生的抖振。给出了相应的控制律。设计的控制系统具有良好的跟踪性能,提高了电液伺服机构的跟踪控制精度。仿真实验结果验证了该控制方案的有效性。     

基于变论域的导弹电液伺服机构自适应模糊滑模控制

针对导弹电液伺服机构的跟踪控制,提出了一种自适应变论域模糊滑模的设计方案。引入变论域自适应模糊控制器,在线调节输入变量论域和规则后件隶属度函数以逼近理想控制器,使控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型,确定模糊滑模补偿控制项,以补偿逼近误差并消除外部干扰的影响。仿真实验结果验证了该控制方案的有效性。     

基于模糊神经网络的飞船GNC分系统故障诊断

研究了基于模糊神经网络的飞船GNC分系统的故障诊断方法,提出了重构新的激励函数并附加动量因子的改进BP算法,采用了由输入层、输出层、隐含层和量化层组成的一种4层前向模糊神经网络,通过Ⅱ型隶属度函数完成输入模糊化。建立了基于模糊神经网络的GNC分系统故障诊断系统,实验验证了改进BP算法以及该诊断系统的正确性和有效性。     

多层模糊逻辑控制器的设计

本文提出一种适合于多输入多输出(MIMO)系统的多层模糊逻辑控制器(MLFLC)，该控制器由若干个多输入单输出(MISO)模糊控制器构成，每个MISO模糊控制器由许多单输入单输出(SISO)模糊控制器组成。该控制器采用互补型隶属函数，具有一组零控制面，只要使量化因子满足一定的条件，控制系统就是渐近稳定的。最后将上述控制器用于二节机械手中进行仿真试验，验证了上述算法的可行性和有效性。     

多层模糊逻辑控制器的设计

本文提出一种适合于多输入多输出(MIMO)系统的多层模糊逻辑控制器(MLFLC),该控制器由若干个多输入单输出(MISO)模糊控制器构成,每个MISO模糊控制器由许多单输入单输出(SISO)模糊控制器组成.该控制器采用互补型隶属函数,具有一组零控制面,只要使量化因子满足一定的条件,控制系统就是渐近稳定的.最后将上述控制器用于二节机械手中进行仿真试验,验证了上述算法的可行性和有效性.     

基于干扰观测器的受扰卫星姿态控制器设计与优化

对复杂环境下的卫星姿态控制进行了研究,针对存在外界干扰和转动惯量不确定的卫星姿态控制,建立了基于误差四元数卫星姿态动力学与运动学方程,在此基础上设计了反演滑模控制器,构造Lyapunov函数并从理论上证明了闭环系统的稳定性;设计非线性干扰观测器(NDO)对等效干扰进行估计,使控制器输出力矩减小,有效降低了输出饱和的风险,同时抑制了滑模控制带来的抖振;为了获得更好的控制效果,以控制器参数为优化变量,综合考虑了控制器的动态性能和被控对象的输入受限条件,建立了评价函数,利用改进的粒子群算法对控制器参数进行优化。仿真结果表明设计的控制器可行且有效,得到了较好的控制效果。     

柔性航天器预设性能及时间自抗扰姿轨跟踪控制

针对柔性航天器的姿轨机动及跟踪控制问题,首先基于模块化的多体动力学建模方法在SE(3)框架下建立柔性航天器的姿-轨-结构一体化动力学模型,其中航天器的位置、姿态使用李群SE(3)上的指数坐标来描述,然后进一步推导其相对动力学模型。在此基础上提出一种基于预定义性能及时间的积分滑模跟踪控制方法,通过引入预定义时间扰动观测器估计柔性附件弹性振动及空间环境的扰动,并在控制律中加入扰动估计结果的前馈补偿项,通过Lyapunov理论证明了系统的闭环稳定性和跟踪误差收敛性。该算法通过对状态误差的实时监测来调整执行器的输出,使控制器在系统存在柔性振动及空间环境干扰的情况下仍可实现高精度的姿轨跟踪。将其应用至柔性航天器姿轨跟踪系统中,仿真结果表明了该控制方案的有效性和实用性。     

有约束重复使用运载器障碍变换预设时间控制

针对姿态角受约束的重复使用运载器(RLV)再入段姿态跟踪控制问题，提出了一种基于障碍变换的预设时间控制方法。首先建立了面向控制系统设计的RLV动力学模型，设计障碍函数对动力学模型中受约束的状态量进行变换，得到等价无约束变量及控制模型；然后针对变换后控制模型，基于反步法思想设计了预设时间控制律，采用指令滤波器避免微分膨胀问题，并引入RBF网络对再入过程中RLV所受不确定扰动进行了补偿。Lyapunov方法证明了姿态跟踪误差可在预设时间内收敛至原点附近邻域，且姿态角满足时变约束。数值仿真验证了所提方法可保证姿态角满足约束，实现姿态跟踪误差预设时间收敛，且具有更佳的跟踪控制性能。     

非线性系统的块对角控制器设计及其应用

定义了非线性系统的块对角模型；根据奇异摄动理论，将模型受控变量以时间尺度基准进行分离，形成慢变快变等结构。所设计的控制系统呈多环结构，每一层子系统(外环层)期望的稳定输入信号做为内环层的期望输出，该期望输入信号满足所设计的该层Lyapunov函数稳定要求，层层递推，最终设计出非线性系统的稳定化控制规律。若存在零动态，则其应稳定；设计的结果已经被一战术导弹的数学仿真所证明。     

一种面向在轨服务的空间遥操作人机交互方法

为了解决人在遥操作回路中,人与操作目标时空隔离、缺乏环境信息和天地回路大时延等实际问题,以及减少空间机器人缺乏自主智能性和操作者手抖颤等不利因素,针对空间在轨服务操作交互问题,提出一种基于增强虚拟安全通道(AVSC)的分层辅助遥操作(LAT)方法。首先,设计组合体增强虚拟安全通道,通过给主端操作者施加虚拟引导力辅助完成操作任务,与徒手操作相比,操作时间短、操作平稳;其次,设计分层辅助遥操作系统,通过获取空间机器人末端与期望轨迹上最近点之间的距离,在安全通道内划分不同的虚拟力场,辅助操作者更加灵活地操作。演示实验表明,该方法利用力触觉和视觉信息,引导操作者控制空间机器人末端运动至期望位置,可以有效地提高操作精度、减轻操作者心理压力和减少操作时间。     

人控制行为的模糊控制模型的参数辨识方法

在有人参与的控制过程研究中,确定人操作者的模糊控制模型的参数是非常困难而复杂的一步,也是此研究领域的一个重点。这个问题的解决,将对人一机控制系统的研究,分析和设计有着十分重要的意义。 本文根据已知的人的模糊控制模型,提出了一种参数辨识方法,并进行了参数辨识实验。实验结果表明:此辨识方法简单方便、且十分有效而实用。它不仅可以为人的模糊控制模型的研究提供基本数据,而且为参数辨识研究提供了新的途径。     

真空紫外辐照引起的聚合物材料质量损失模型及实验验证

基于扩散理论及辐射化学反应理论,建立真空紫外(VUV)辐照引起的聚合物材料质量损失数学模型。采用分离变量法与特征函数展开法,获得材料中挥发物质量随辐照剂量变化的函数关系式。通过实验得到聚酰亚胺(PI)薄膜和聚酯(PET)薄膜的质量损失数据,拟合求解模型中的参数,验证模型的适用性。实验结果表明,该质量损失模型适用于PI薄膜及PET薄膜,借助该模型可预估VUV辐照引起的材料的质量损失。     

基于一种隶属函数的夹具相似度计算模型

针对夹具概念设计过程的复杂性和设计结果的不确定性等缺点,将基于实例推理技术应用于夹具概念设计过程当中。并根据夹具特征和概念设计中的模糊需求,选取三角函数作为隶属函数进行相似度计算,构建相似度计算模型,并将其应用于夹具实例推理过程中,最终实现简化夹具设计过程和提高设计效率的目的。     

PLZT光致伸缩层合梁的非接触形状控制

以光电层合梁非接触形状控制问题为研究对象,阐述了PLZT光致伸缩驱动器的工作机理,建立了光-电-力-热耦合情况下的光电有限元模型,通过引入加强假定应变模式和假定自然应变法改善了单元的性能。在此基础上,以光致伸缩驱动器所受到的光强大小为设计变量,以光电层合梁的期望形状与控制形状的差值函数为目标函数,应用有限元法和遗传算法建立了求解基于PLZT光致伸缩驱动器层合梁非接触形状控制问题的一般方法。数值模拟的结果验证了该方法有效,表明该方法能够很好地实现光电层合梁结构的非接触形状控制。     

基于直觉模糊推理的天基海洋监视系统贡献度评估研究

针对传统天基海洋监视系统贡献度评估方法存在权重计算主观性强,难以应对作战不确定性等问题,提出一种基于直觉模糊推理的评估方法。首先讨论了系统贡献度概念,采用覆盖品质因数、覆盖范围、目标发现概率、定位精度、分辨能力、传输与处理能力,以及抗干扰能力指标评估海洋目标监视系统贡献度。其次设计了评估指标的隶属度函数与非隶属度函数,用不同模糊化策略对各输入变量进行多级量化。再次,建立直觉模糊推理规则,设计了max-min推理合成算法,将重心法作为解模糊算法,考虑隶属度与非隶属度大小对直觉指数的影响并进行修正,检验了所建规则的合理性。用典型目标监视实例对评估方法的有效性进行验证,结果表明直觉模糊推理评估法能有效处理系统贡献度评估中的模糊或不确定的问题。研究为航天武器系统贡献度评估提供了新的解决方法。     

相对位置和相对姿态耦合的编队控制

考虑卫星编队中从主星的相对位置与相对姿态耦合,对采用输出反馈跟踪控制进行了研究.根据双星编队的控制结构,以及在从星体坐标系中建立的统一形式的相对位置与相对姿态耦舍的误差模型,在无速度与无角速度测量条件下,设计了改进的速度(角速度)滤波器,并给出了输出反馈跟踪控制器模型.仿真结果表明:该法可实现相对位置与相对姿态耦合时卫星编队的输出反馈跟踪控制.     

光纤陀螺标度因数温度误差分析与补偿

光纤陀螺在大角速度应用时,标度因数误差超过偏置漂移误差成为主要误差源。分析了引起数字闭环光纤陀螺标度因数温度误差的原因,推导出了标度因数温度误差数学表达式,并对各温度敏感参数进行了温度性能测试。使用第二闭环控制补偿了反馈通道增益的温度漂移,证明了第二闭环控制精度对标度因数的影响至多是一个三阶小量。测量了不同输出角速率和不同温度时陀螺输出误差值,用一阶多项式和三阶多项式建立了它们的关系。建立了一个双输入、单输出标度因数温度补偿模型,利用最小二乘误差准则计算出模型系数。在-25℃～60℃温度范围内,采用本文提出的控制和补偿方法可将光纤陀螺标度因数误差减小到100×10-6以下,并使标度因数非线性度小于50×10^-6。     

载人航天器空间环境试验设备

载人航天器空间环境试验设备俗称"载人舱"。它是在地面条件下漠拟空间高真空、冷黑背景和太阳强辐照环境的"有人参与其中"的试验设备,用于载人飞船及各分系统在研制各阶段的性能检验、鉴定、验收试验,"人-船-服"联合试验,航天员出舱及舱外活动(俗称舱外行走)试验,特别是航天员系统的适应性试验、航天员的操作训练、心理素质的培养,以及舱外航天服、舱外活动机构、生保背包等的研制。