微小卫星反作用飞轮控制方法研究

将反作用飞轮作为执行机构,用于微小卫星的高精度三轴稳定。根据卫星姿态运动学和动力学模型,提出采用反作用飞轮的控制算法,并证明了该控制算法的稳定性。最后对该控制算法进行了计算机仿真。结果表明,采用该控制方式的卫星能迅速实现姿态捕获,卫星稳态姿控精度非常高(圆轨道卫星的姿态稳定精度可达0.004°)。     

基于OMNeT++的卫星姿态控制系统仿真

针对三轴稳定卫星的姿态控制系统,在离散事件仿真平台OMNeT 的基础上,建立了一个以星敏感器和陀螺为敏感器,反作用飞轮为执行机构的闭环控制仿真系统。采用双矢量定姿算法和PID控制算法,对该卫星在对地定向模式下的控制精度进行了仿真。仿真结果清晰地反映了星敏感器和反作用飞轮输出延时对控制精度的影响。整个仿真系统符合面向对象和模块化的程序设计理念,并实现了仿真程序的重用。     

反作用飞轮速率模式控制系统设计

反作用飞轮是卫星姿态控制系统的重要执行元件，速率模式是反作用飞轮一种工作模式，提高飞轮速率模式控制系统的性能对卫星姿态控制系统具有重要意义。详细讨论了反作用飞轮系统的数学模型，在此基础上实现了反作用飞轮速率模式控制系统设计。实验飞轮运行结果表明，设计的反作用飞轮速率模式控制系统能够抑制飞轮内部干扰和噪声，精确复现速率指令。灵敏度分析证明飞轮系统具有较好的鲁棒性。     

过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制

针对四反作用飞轮配置的刚体航天器执行机构故障以及外部干扰等问题,提出一种姿态容错控制分配算法。该方法通过设计滑模观测器,实现在有限时间内对执行机构故障与外部干扰的精确重构;特别地,应用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能够在有限时间内实现对闭环姿态的全局渐近稳定控制,且该控制策略可实现对反作用飞轮故障与外部干扰的鲁棒性。此外,采用计算量较小的基序最优控制分配方法快速实现了期望控制力矩到四反作用飞轮指令控制力矩分配。最后,针对某型号航天器以及各种反作用飞轮故障进行数值仿真,仿真结果表明所设计过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制方法能够在线、及时、精准地完成故障重构与控制分配。     

基于变惯量反作用飞轮的小卫星大角度姿态机动控制研究

研究以变惯量反作用飞轮作为执行机构的小卫星的大角度姿态机动控制问题。变惯量反作用飞轮是一种新型的动量交换装置,不仅可以通过改变飞轮转速输出力矩,还可以通过改变其转动惯量实现大范围的力矩输出。文中建立了带有变惯量反作用飞轮的星体姿态动力学方程,设计了姿态控制律和飞轮的操纵律。仿真结果表明,与一般反作用飞轮相比,当小卫星大角度机动时变惯量飞轮的转速更不容易饱和,且力矩的输出范围变宽,可以同时满足小卫星高精度稳定和快速大角度姿态机动的双重要求。     

单轴飞轮故障时的小卫星姿态控制方法研究

反作用飞轮和磁力矩器是现代小卫星姿态控制的主要执行机构,针对单轴反作用飞轮故障仅能提供两轴控制力矩的情况,提出了一种使用磁力矩器和反作用飞轮进行联合控制的算法。首先推导了一种拟PD姿态控制律,在此基础上提出了剩余两反作用飞轮和磁力矩器的控制力矩分配策略。仿真结果表明,该算法能够在单轴飞轮故障情况下完成小卫星高精度姿态控制任务,延长航天任务寿命,算法鲁棒性好,设计简单且易于在轨实时计算。     

反作用飞轮速率模式控制系统设计

反作用飞轮是卫星姿态控制系统的重要执行元件,速率模式是反作用飞轮一种工作模式,提高飞轮速率模式控制系统的性能对卫星姿态控制系统具有重要意义.详细讨论了反作用飞轮系统的数学模型,在此基础上实现了反作用飞轮速率模式控制系统设计.实验飞轮运行结果表明,设计的反作用飞轮速率模式控制系统能够抑制飞轮内部干扰和噪声,精确复现速率指令.灵敏度分析证明飞轮系统具有较好的鲁棒性.     

反作用飞轮力矩模式控制系统设计

反作用飞轮是卫星姿态控制系统的重要执行元件，提高飞轮系统的性能对卫星姿态控制系统具有重要意义。介绍了反作用飞轮力矩模式反馈补偿控制系统的设计。首先建立了反作用飞轮数学模型，并分析了摩擦力矩干扰和速率测量噪声的特性，在此基础上进行了反馈补偿控制的设计。理论分析证明，应用反馈补偿控制的飞轮系统能够精确复现力矩输出指令。运行结果表明，在复现力矩输出指令精度方面，应用反馈补偿控制的飞轮系统优于电磁力矩控制的飞轮系统。特别在克服过零力矩干扰上，应用反馈补偿控制的飞轮系统具有较高的性能。     

一种卫星反作用飞轮延寿方法

针对反作用飞轮长时间工作出现的性能退化问题,提出一种反作用飞轮和磁力矩器联合控制使反作用飞轮延寿的方法。通过滚动轴在姿态机动模式下采用比例积分微分(PID)轮控,而在正常稳态模式下使用比例微分(PD)磁控,实现在不降低姿态控制精度的前提下减少反作用飞轮工作时间,从而延长其工作寿命的目标。对联合控制姿态的延寿方法进行仿真分析,验证滚动轴稳态磁控算法、磁控接入及退出条件的正确性。以某低轨卫星为例进行在轨验证,遥测数据显示:卫星正常运行2年多,滚动轴姿态超差最大约2.6°,且绝大部分时间均小于1°,卫星稳态情况下没有自主切换回PID轮控方式,飞轮因长期轴承摩擦引起的电流、温度增大趋势得到有效缓解,飞轮在轨寿命得到延长。     

轮控小行星探测器建模及跳跃移动仿真

小行星探测器在弱引力环境下无法采用传统的轮式机构进行移动。为解决该问题,采用反作用飞轮对探测器跳跃移动进行控制,并分析了该方案的可行性。根据Hertz碰撞定律及简化的Karnopp切向摩擦力模型,建立了探测器与地面的接触力模型。分析了轮控小行星探测器的起跳过程,给出了探测器静止起跳所需要的最小飞轮力矩关系。考虑到反作用飞轮存在惯性、粘滞、摩擦等情况,建立了轮控探测器的姿态动力学模型,并对探测器在均匀重力场下的连续跳跃过程进行了控制策略设计及仿真。结果表明:基于飞轮控制的小行星探测器跳跃移动在微重力环境下是可行的,且可以通过施加合适的控制力矩维持探测器跳跃的方向及跳跃过程的稳定性。     

某微小型卫星姿轨控计算机系统的设计

为实现卫星姿轨控计算机小型化，采用TI公司的数字处理器(DSP)TMS320F206芯片作为CPU，其他逻辑采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现，并以此为基础，将姿轨控系统其他有关仪器设备集成到计算机中，形成一台复合控制设备。研究表明，DsP可用于实现姿轨控计算机的小型化，以及今后复合控制系统的设计。     

基于OEM板的GPS罗盘设计

GPS罗盘是一种基于载波相位测姿原理的航向测量装置。对低成本GPS测姿定向设备的研制进行了尝试,介绍了一种基于OEM板开发的低成本GPS罗盘的设计和实现。GPS罗盘由2个GPSOEM板得到载波相位观测值,对其进行双差计算后,利用天线交换法消除整周模糊度解算出基线向量的方向,当基线向量沿载体纵轴时即得到载体的航向。通过GPS接收机的静态收星实验以及对设计出的GPS罗盘实验样机进行静态性能测试,试验结果表明该设计方案可行、有效。     

基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法的研究

相邻结点负载平衡算法具有计算简单、额外开销小的优点。但由于采用局部的观点平衡负载，限制了结点信息得到的范围，使得系统在某种情况下达不到全局平衡，本文提出了基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法，它改变了结点传递的实际负载信息，使修改后的负载信息能体现出结点及其周边结点的负载形势，以此弥补了相邻结点负载平衡算法的不足，并将其应用在星载计算机系统上，首先，介绍了相邻结点负载平衡算法及其存在的不足；其次，描述了基于偏差信息的星载计算机系统负载平衡算法，最后，通过仿真实验，给出了这种算法同其它几种负载平衡算法的比较，并证明了它的正确性与可行性。     

对接综合试验台控制系统软件快速原型开发技术

对基于快速原型设计睁对接综合试验台控制系统软件开发进行了研究。介绍了根据系统方案进行的中央控制台软件设计和模型计算机软件开发等。给出了快速原型设计,以及包括接口设计、配置管理、文档管理等软件工程化管理等关键技术。     

交互式PID温度控制系统的设计

本文介绍了一种新型的PID温度控制系统。该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定；也可以通过计算机与单片机的串行通讯，实现工业过程中的交互式PID控制。     

捷联制导系统弹载计算机的设计

在捷联制导系统的设计中,弹载计算机的设计,具有举足轻重的地位,本文研究了弹载计算机的设计难点,提出了有参考价值的弹载计算机的工程设计方法。     

一种在轨补加用浮动断接器设计

对国外的在轨补加用浮动断接器的研究进展进行了总结,在此基础上,提出了一种在轨补加用浮动断接器的设计方案。通过对浮动断接器方案的选择和初步设计,确定了其工作方式、关键技术及解决途径,并进行了初步的原理验证和性能检测。结果表明,浮动断接器原理可行,方案合理,通过进一步的结构优化,可应用于在轨补加。     

GMSK信号的非相干解调技术研究

介绍了GMSK信号的两种非相干解调--1bit差分解调和改进型的Viterbi算法解调.通过计算机仿真对这两种非相干解调算法进行了研究,最后在相互之间进行了解调性能仿真比较.仿真结果表明,1bit差分解调算法完全能够实现对GMSK信号的正确解调, 改进型的Viterbi解调算法在解调过程中用MSK信号的相位路径进行高斯滤波后作为参考路径,并选取与接收信号的相位路径的Euclidean距离最小的作为解调路径,取得了良好的解调效果.在同等误码率要求下,改进的Viterbi算法比1bit差分解调性能具有更高的SNR优势.     

基于地轴矢量解算的SINS无纬度支持自对准方法

针对无纬度条件下SINS初始对准问题，提出了一种基于地轴矢量解算的对准方法。在静止基座下，利用陀螺仪敏感地轴矢量，直接建立导航系轴向矢量在载体系的正交投影，解析式确定姿态矩阵；晃动基座条件下，根据惯性系重力矢量观测，构建以地轴矢量为旋转轴的两组等角旋转矢量序列，利用QUEST算法求解旋转四元数实现对地轴矢量的优化解算，并以此建立导航系轴向矢量的载体惯性系投影，最后利用陀螺跟踪载体系相对惯性系的变化，确定载体系相对导航系的姿态关系。静止基座解算实验表明直接解析式对准与传统的解析式对准精度相当，但解算效率得到了提高；晃动基座仿真与船载实验均表明基于四元数的地轴矢量优化解算在精度上要优于三矢量几何解算方法，引入低通滤波环节后，对准精度进一步提高。     

基于六自由度模型的弹载计算机闭环仿真系统研究

提出了基于导弹六自由度模型,将弹载计算机置于导弹闭环仿真回路,从而构成对弹载计算机进行考核的半实物仿真方法。通过建立导弹六自由度模型,在分析弹载计算机信号接口和软件特点的基础上,对弹载计算机闭环仿真系统的硬件组成和工作原理进行了论述。通过采用高性能的仿真计算机、实时积分算法、智能化接口设备和基于PCI总线的数据通讯方式几个方面,保证了半实物仿真的实时性。