柔性航天器高精度隔振与定向研究

随着大型航天器柔性越来越大,结构越加复杂,导致低频柔性模态密集,但同时需要极高的定向精度及姿态稳定度, 这就对航天器姿态控制系统提出了更高的要求。本文采用拉格朗日法建立了柔性航天器姿态轨道耦合动力学模型,并设计了大角度机动航天器的姿态控制器。Lyapunov定理给出闭环系统的稳定性,在0.03Nm均方根的白噪声扰动下,大角度机动姿态角误差小于0.02°,均方根误差0.003°, 为了抑制姿态抖振,设计了复合控制器,采用Stewart平台对敏感载荷局部高精度主动隔振和定向,局部控制后敏感载荷的定向误差小于0.0001°,均方根误差0.000036°。鲁棒 Η ∞ 控制器对Stewart平台主动镇定时,姿态抖振小于0.000002°,均方根误差小于 0.0000008° ,姿态稳定度优于0.00001°/s。     

基于压电作动器的空间单轴主动隔振研究

对六自由度空间Stewart隔振平台中基于压电作动器的单轴主动隔振进行了研究。提出了三类标准以衡量隔振性能,其中:第Ⅰ类为载荷端与扰动端同量纲振动量比;第Ⅱ类为隔振后载荷端的受力与隔振前固连时载荷受力比;第Ⅲ类为隔振前后振动量的衰减状况。给出了压电作动器的基本方程,并根据实际进行了数值修正。建立了线性化的压电作动器单轴隔振系统,采用作动器的运动总与扰动端振动分量互补的主动隔振策略。讨论了速度反馈控制、力反馈控制与代数环引入,以及质量对隔振性能的影响。提出了隔振方向和隔振代价的概念。仿真结果表明速度反馈和力反馈均能获得较好的隔振效果。理论分析了隔振方向对隔振性能和隔振代价的影响。研究为空间Stewart隔振平台设计提供了理论支持。     

双超敏捷卫星载荷舱扰动补偿研究

文章针对动静隔离式双超敏捷卫星载荷舱存在活动部件时，载荷舱指向精度下降的问题，依据双超敏捷卫星的特点，对双超敏捷卫星载荷舱进行了扰动补偿研究。首先，建立了载荷舱活动部件扰动模型以及双超敏捷卫星模型，扰动包括反作用飞轮小幅值高频随机扰动和摆镜扫描大幅值规律性扰动；然后，在采用飞轮扰动被动隔振和摆镜扫描主动补偿的基础上，利用双超敏捷卫星磁浮机构带宽高的特点进行二次主动隔振。仿真结果表明：在进行飞轮扰动被动隔振以及摆镜扫描扰动主动补偿后，载荷舱的指向精度提高到6×10-3（deg）；磁浮机构进行二次主动隔振后，载荷舱的指向精度提高到2×10-4（deg）。该方法为双超敏捷卫星载荷舱受扰时指向精度下降问题提供解决思路。利用磁浮机构不仅可以隔离平台舱的扰动，而且可以提供高带宽主动控制力来抑制载荷舱的扰动。但在具体实施过程中还需考虑载荷舱与平台舱之间的碰撞问题。     

航天器超静平台作动器发展及其关键技术综述

星载有效载荷的灵敏度和有关性能指标的提高对航天器控制系统的精度和稳定度提出越来越高的要求.具有隔振、抑振及精确指向功能的航天器超静平台得到广泛关注.超静平台作动器作为实现平台功能的核心执行部件,其质量优劣决定了平台的性能、可靠性和使用寿命.文章综述国内外不同种类超静平台作动器的性能特点、应用背景及技术发展概况,归纳总结...     

基于主被动一体隔振指向平台的柔性航天器高精高稳指向方法

面向天文卫星、遥感卫星越来越高的指向精度和稳定度需求,解决指向控制和振动抑制相互制约的矛盾,文章提出了采用同时具备振动隔离和指向调节能力的Stewart平台以实现柔性航天器高精高稳指向的方法。建立了整星柔性动力学模型,设计了主被动一体隔振指向控制器,并基于该模型对传递率进行仿真,验证了理论分析结果。通过数字仿真验证了主被动一体隔振指向平台的振动抑制性能和指向控制性能,结果表明:能同时满足振动隔离和指向调节需求,可为具有高精度指向航天器的发展提供参考。     

压电主动杆Maxwell动力学建模与鲁棒H∞控制研究(英文)

未来高性能航天器迫切需要基于压电作动的主动减振控制。针对压电作动器和检波器组成的主动杆系统,基于控制目的,推导了作动器Maxwell动力学模型,为了更好的反映检波器噪声和低频较差性能带来的影响,采用同价的SUITE动杆的系统辨识模型设计了H∞控制器,仿真结果表明H∞控制器对100Hz的正弦扰动有效隔离73% (11.4dB),对频带250Hz的白噪声有效隔离70%     

动静隔离、主从协同控制双超卫星平台设计

为满足先进航天器超高指向精度(优于10-4(°))和超高姿态稳定度(优于10-6(°)/s)的需求,研究了一种"振源与载荷动静空间隔离、控制主从协同"的卫星平台设计方法。采用八杆非接触磁浮机构实现振源与载荷的动静空间隔离,消除平台微振动对载荷的干扰;采用载荷为主,平台为辅的协同控制策略,合理有效利用"死区"间隙非线性,实现了卫星的"超精超稳"控制。仿真验证了平台的双超性能。该方法解决了传统设计中平台微振动导致载荷指向精度和稳定度难以提升的瓶颈问题。     

整星主动隔振平台研究

整星隔振是降低作用于卫星的振动载荷的有效方法。在被动隔振的基础上施加主动控制可以提高隔振系统性能，实现全频带隔振。首先介绍了整星隔振技术的发展现状，并根据运载火箭的特殊环境要求确定了整星主动隔振平台方案。然后本文对隔振平台的各种控制方法进行了对比，对平台的冗余和重构问题进行了分析。实验结果表明，与被动隔振相比主动隔振平台有更好的低频隔振性能。     

某无人机光电平台隔振设计及试验分析

机载光电平台的稳定性和跟踪精度受振动扰动的影响十分敏感,为了提高平台任务载荷的成像品质,需要通过合理的隔振设计对光电平台的振动环境加以改善。文章以某无人机吊舱平台为背景,结合被动隔振理论及被动隔振系统的动力学模型,给出光电平台隔振设计的技术思想及具体的隔振方案,并通过振动试验对隔振设计的效果进行了检验。试验结果表明,隔振系统内部测点的加速度均方根与外部测点的相比减小了60%,说明了隔振设计的减振效力,进而验证了隔振方案的合理性,为更深入的机载隔振系统设计提供了参考依据。     

隔振器安装位置对卫星载荷隔振性能的影响研究

研究了隔振器安装位置对星载系统隔振性能的影响。针对敏感载荷隔振系统,将隔振器安装位置位移转为敏感载荷在平动与转动方向上的自由度,建立了系统的动力学方程,分析了系统的自由响应和受迫响应,自由响应的结果验证了系统的耦合性以及仿真结果的正确性;受迫响应结果表明耦合系统会出现两个自由度的共振峰,也会出现反共振点。针对平动和转动自由度分别定义了力传递率和力矩传递率,并考虑两种典型隔振器安装位置进行分析,求解了对应于安装位置过质心的耦合系统以及安装位置不过质心的非耦合系统的传递率。发现耦合系统的隔振性能在某些频段和转动方向上优于非耦合系统。结论对微振动的工程设计有一定的参考价值。     

基于干扰观测的无阻力卫星控制器设计

以近地环境下无阻力卫星控制器设计为研究对象,分析近地环境下无阻力卫星主要的干扰源及干扰的特性,建立干扰的动力学模型,通过将干扰扩展为系统状态,建立基于干扰观测的无阻力卫星动力学模型,针对该动力学模型设计混合H2/H∞最优控制器,并以线性矩阵不等式（LMI）形式给出求解控制器的条件和证明控制器的稳定性,仿真结果验证本文提出控制器的稳定性和可行性。
     

考虑执行器动态补偿的动中通系统非线性鲁棒控制

研究用于移动载体卫星通信的动中通系统的稳定跟踪问题。选取动中通系统的三轴非线性模型为被控对象,较单轴模型更能准确地描述子系统之间的运动学与动力学特性。在执行器动态特性的基础上,设计了一种具有执行器动态补偿的非线性鲁棒控制器。该控制器不仅能够使系统在载体移动过程中隔离载体扰动的影响,精确跟踪目标卫星,而且还进一步解决了执行器动态特性对系统的影响,更符合实际动中通控制系统设计的需要。最后通过三组对比仿真结果验证了所设计控制器在不同扰动条件下的稳定跟踪性能。     

Influence of sensor and actuator errors on impulsive satellite formation control methods

This paper investigates how sensor and actuator errors are impacting formation control accuracy and propellant consumption of a two-satellite formation in a low Earth orbit. Realistic relative navigation errors are implemented, based on the results from the PRISMA mission, as well as realistic actuator uncertainty and actuator constraints. Two impulsive control methods are investigated. The first method is based on a controller that is implemented onboard PRISMA and the second method uses linear programming to arrive at a model predictive controller. The control methods are tested in a simulation environment and are subjected to orbital perturbations and realistic sensor errors and actuator errors. Both control methods are able to maintain the desired relative geometry of a projected circular orbit in the presence of the errors. The PRISMA control method demonstrates lower propellant consumption, while the model predictive controller shows better control accuracy. The results show that, based on the used scenario, sensor errors dominate both the formation control accuracy and propellant consumption. The versatility of the model predictive controller is demonstrated in a challenging formation control scenario including formation maintenance and formation reconfiguration tasks.     

飞航导弹分层变结构控制

飞航导弹模型可以处理成一种四层非线性、时变块对角结构，但其中一、二层模型不是仿射型模型，这在控制理论的应用上受到限制。本文应用优化线性理论，对这两层模型进行了仿射型处理，这样就得到了飞航导弹的四层非线性信射型模型。接着，本文提出了玫类非线性系统的变结构控制方法，从而对导弹进行了分层变结构控制器设计。仿真结果表明，所设计的系统具有很强的鲁棒性。     

航天器挠性板系统的模态分析和模型降阶

大型航天器上的太阳帆板这种悬臂外伸薄板结构挠性附件,由于存在模型不确定性及外部扰动条件下所引起的振动控制问题,为了易于低维控制器的设计以及降低控制“溢出”,需要建立板系统的低阶模型。对挠性悬臂板系统动力学模型分析采用模态展开技术,并利用模态截断方法、基于平衡实现的截断方法和平衡奇异摄动截断方法对挠性悬臂板进行了模型降阶,得到板系统的低阶模型,然后分析了降阶模型幅值误差。这为基于智能结构控制悬臂板控制器的设计提供了参考,数字仿真结果验证了方法的可行性。     

中心刚体-柔性悬臂梁系统的位置主动控制

以往对中心刚体-柔性悬臂梁系统的主动控制研究多是基于零次近似模型和线性化模型进行的，而且认为零次近似模型为足够精确动力模型，但是已有研究结果显示出，零次近似模型在对系统动力学行为进行描述时存在某些局限性。本文采用一次近似模型对中心刚体-柔性悬臂梁系统的位置主动控制进行研究，其中控制律采用最优跟踪控制理论进行设计。仿真结果显示，传统的零次近似模型存在着失效的可能，最优跟踪控制方法能使中心刚体-柔性悬臂梁系统到达期望的指定位置，并可使系统的残余振动得到抑制。     

基于RBF神经网络的导弹鲁棒动态逆控制

讨论了一种基于神经网络的导弹鲁棒动态逆控制方法。导弹的基本控制律采用动态逆方设计,针对存在动态逆误差的慢回路设计神经网络鲁棒逆控制器。用RBF神经网络逼近导弹慢模态数学模型,并把逼近误差引入到网络权值的调节律以改善系统的动态性能;鲁棒控制器用于减弱模型不确定性及神经网络的逼近误差对跟踪精度的影响。所设计的控制器不仅保证了闭环系统的稳定性,而且使模型不确定性及神经网络的逼近误差对跟踪精度的影响减小到给定的性能指标。最后通过仿真分析,验证了该方法的有效性。
     

自由漂浮空间机器人多约束混合整数预测控制

针对空间机器人完成任务时需要躲避障碍物的问题,提出一种自由漂浮空间机器人的混合整数预测控制方法。首先,在模型预测控制方法框架下,机械臂关节的物理限制,躲避障碍物的要求被统一描述为最优控制问题下的不等式约束,可以得到自由漂浮空间机器人具有线性二次规划形式的最优控制律。其次,基于命题逻辑建立控制问题中各约束的优先级,保证在最大程度地满足约束的情形下得到控制问题的解,有效弥补了模型预测控制方法用于空间机器人控制时,多约束可能导致最优控制问题不可行的不足。最后,仿真结果校验了所设计控制律的有效性。     

基于对角回归神经网络的自整定全系数自适应控制器及其特征参量辨识

针对全系数自适应控制器参数人为调试带来的不便,提出一种基于对角回归神经网络的参数自整定方法,通过神经网络的自学习能力对全系数自适应控制器参数进行在线整定.同时,提出一种新的特征模型参数间接辨识方法,采用神经网络的权值和回归层输出组成的非线性函数构造对象的特征参量,更有效地对特征模型的时变参数进行自学习和调整.对闭环回路...