通过非线性解耦实现绕欧拉特征轴旋转的姿态控制系统

利用四元数反馈，就不需要测量三个欧拉角，从而避免结构上和原理上所带来的麻烦，而且可以实现绕欧拉特征轴的大角度机动，绕欧拉特征轴旋转的角行程是最短的。但是，要实现这种机动，姿态控制系统必须是解耦的。     

陀螺标度因数与输入轴失准角解耦测试研究

基于小角度近似的传统陀螺仪测试方法,不再适用于MEMS陀螺仪标度因数和输入轴失准角的测试。通过研究陀螺标度因数与输入轴失准角之间的耦合关系,提出了解耦测试原理,建立了严格的数学模型,针对该原理设计了解耦测试设备和方法;应用有约束多元非线性最小二乘问题解法实现了解耦解算。解耦原理计算机仿真和模拟MEMS陀螺仪的半物理仿真结果均表明,该方法能精确实现测试参数的解耦,解耦精度不受输入轴失准角大小的影响。本方法优于传统方法,尤其适用于大输入轴失准角的MEMS陀螺仪。     

星载大型空间天线的一种解耦控制方法

针对星载大型空间可展开天线与卫星平台之间的动力学耦合问题提出一种三自由度驱动与测量机构用于连接天线臂与卫星平台。该机构以驱动电机来控制天线臂转动,通过角度传感器对天线臂转角的测量来实现反馈控制,同时在卫星姿态控制系统中引入前馈控制进行反作用力矩补偿,实现卫星平台与天线之间的解耦控制、抑制天线的振动、提高卫星姿态控制系统的性能。通过姿态稳定状态下卫星-天线系统解耦动力学模型的建立、控制系统的设计、姿态控制的仿真分析,表明解耦机构能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定性和天线指向精度。     

从应变计现状看电阻式传感器的前景

电阻式传感器的核心部件——电阻应变计是目前最常用的应力分析的敏感元件。也常用于测量力、压力、扭矩和加速度等物理量。作者简要回顾了电阻应变计的发展历史，介绍了电阻应变计的结构、分类及现状，展望了电阻式传感器的前景。     

一种用于空间翻滚目标接近控制的相对运动建模方法

针对空间翻滚目标等一类相对运动复杂的接近控制问题，首先重点研究了基于微分几何理论的相对运动建模，建立视线旋转坐标系下的三维相对运动方程；然后将三维相对运动解耦为视线瞬时旋转平面内的相对运动和该平面的转动，建立了统一的控制器设计框架，形式统一简洁、物理意义明确，消除传统制导与控制策略中俯仰、偏航通道的耦合因素影响；最后通过六自由度仿真算例证明，相对运动模型物理意义明晰、鲁棒性强、控制精度高、工程实现容易。     

BTT导弹再入段非线性鲁棒控制

针对BTT导弹再入段的非线性模型以及三通道间的较强耦合,研究了模型不确定情况下的解耦和跟踪控制问题。首先分析了BTT导弹在再入段的非线性模型,然后根据微分几何方法检验该模型是否可进行输入输出解耦,并推导出BTT导弹在再入段的非线性解耦控制律,其后分析了在某种匹配不确定情况下导弹动态系统的具体形式,并将李亚普诺夫方法运用到控制器的设计中,得出鲁棒输出控制跟踪控制律。采用该控制方式对某型BTT导弹的六自由度仿真实验结果表明:该鲁棒控制方法在系统存在不确定性的情况下,可保证系统的稳定性,并实现三通道间的近似解耦,使攻角α,侧滑角β和滚动角γ良好地跟踪期望指令。     

用三轴气浮台进行混沌控制与反控制研究

以航天器姿态运动为工程背景，以三轴气浮台为物理实验平台，研究了混沌控制与反控制问题；提出了用外控制力矩进行混沌化，然后再将混沌控制信号施加于动量轮来进行混沌控制实验的方法；通过引入非线性解耦反馈，构造了一种易于物理实现的具有更强代表性的连续非线性系统，从中发现了一大类新的形态各异的混沌吸引子。     

欠驱动航天器的分段解耦姿态控制

研究欠驱动航天器姿态控制系统设计问题。首先给出了欠驱动航天器的姿态动力学方程和运动学方程。然后,基于系统模型的特点,采用分段解耦控制的思想,依次为动力学系统和运动学系统设计了渐近稳定的控制律,使航天器进入三轴稳定状态或自旋稳定状态。最后通过数值仿真验证了分段解耦控制方法的有效性。     

加速度场离心试验用一体化大量程六维力传感器的研制

鉴于离心式加速度场模拟试验系统的需要,研制了一种大量程六维力传感器。在力传感器传统设计方法基础上,重点分析了传感器结构优化、材料选型、加工工艺、惯性耦合补偿等控制环节的影响。利用有限元方法对所设计的六维力传感器维间耦合、加速度场惯性效应耦合及输入输出关系进行仿真分析;借助相应的标定系统,实现六维力耦合效应的标定测试和耦合矩阵的获取,基于标定误差矩阵建立六维力传感器惯性效应补偿;静/动态实验结果表明所设计的大量程六维力传感器完全满足大加速场下力测试精度和稳定性要求。     

基于箭体系的最佳解耦姿态控制方法

提出运载火箭姿态控制的一种最佳解耦控制方法。传统的运载火箭姿态控制，是通过对火箭在制导坐标系（发射惯性坐标系）中定义的欧拉角，形成俯仰、偏航、滚动三个独立回路的姿态控制指令，控制弹体姿态稳定、快速地跟踪指令姿态角。由于控制力矩是分别绕箭体轴给出的，而箭体轴通常与欧拉角的瞬时转轴不重合，所以造成三个控制回路的耦合（只有当偏航、滚动姿态角皆为零时才完全解耦），因此欧拉角控制的解耦问题成为许多学者的研究课题，并给出了一些解耦控制方法，但都比较复杂，实现困难。本文提出的最佳解耦控制方法是基于箭体坐标系的，该方法是根据实时确定的箭体系到指令箭体系的方向余弦矩阵，确定一组箭体系分别绕各轴的转角△θx1，△θy1,△θz1，即箭体各轴同时转动角△θx1，△θy1,△θz1，后可使箭体系与指令箭体系重合，这样便保证了解耦和最小转角的最佳控制。该方法成功地应用于大范围机动变轨控制，也将适用于其它轴对称飞行器的控制。     

某型号固体发动机推力测试偏差与侧向力干扰问题分析与试验

分析了影响某固体发动机静止试验推力测试偏差的因素.分析结果表明,由于试车架结构问题,发动机工作过程产生的偏斜力与偏心力以及各个方向的振动是推力测试偏差过大的主要因素.据此优化设计试车架结构,控制并减少安装偏差,消除侧向力对工作传感器的干扰,提高推力测试的可靠性,以满足固体火箭发动机推力测试技术要求.     

振动试验力限制控制力参数测量技术

振动环境试验力限制控制技术在航天器动力学环境试验中越来越多地被研究和使用,在力限制控制技术中如何保证力参数测量的实施和精度是比较关键的技术。文章主要介绍了力传感器的类型、使用安装技术、合力值计算、多分量力参数测量技术,并结合卫星承力筒的振动试验进行力限控制试验力参数测量的实施。文章对力参数测量技术进行了比较全面的研究分析,为进一步力限制控制的研究提供了有益的帮助。     

电子设备结构“解耦设计”理论及方法

文章运用结构动力修改的方法对电子设备的动力响应进行控制,即通过修改电子设备中机壳与电路板组件两部分的基频（指同一方向的基频,尤其是垂直于电路板方向）,使两者的基频相互错开来降低电路板组件的动力响应。采用两自由度基础强迫振动系统来模拟电子设备的振动响应,经分析给出了“非解耦系统”与“解耦系统”的概念,指出应将电子设备设计为“解耦系统”。最后对两自由度系统进行“分解”分析,给出了电子设备的“解耦设计”方法。     

On orbit control using gravity gradient effects

Possibility of orbit control using gravity gradient (GG) effects without any mass expulsion is discussed. For simplicity, a dumb-bell type satellite and circular orbits are mainly considered. It is shown that the GG effects can be applied to convert attitude torques into orbital torques and vice versa. In central gravitational force fields, maximum orbital torques or thrusts are available from the GG force when roll or pitch angle is $\text{±}\text{π}\text{4}$ provided that the attitude angle is null when the dumb-bell axis coincides with the local vertical. Such external torques as geomagnetic or solar wind pressure can be utilized to maintain the $\text{±}\text{π}\text{4}$ attitude, then the orbital torques are available forever. In non-central gravitational fields, without any external torque, the orbital radii of circular orbits can be increased by controlling the satellite attitude using electric energy. The use of the Earth's oblateness effects and the exterior Lunar potential is discussed.     

基于时频域分析的轮控航天器姿态控制规律参数整定

研究了轮控航天器姿态控制规律的设计与参数整定问题。采用xyz转序欧拉角描述航天器姿态,建立了航天器动力学及运动学方程,并设计了非线性解耦控制律,使得各回路可独立设计PID控制器。以滚动回路为例,分析了PD控制参数与系统带宽、截止频率、相位裕度等多项频域指标的关系,从而设计有效的稳态控制器以应对挠性结构振动和系统时延等;接着根据姿态控制特性给出了积分参数选取及积分饱和处理策略;同时为快速完成姿态机动,结合时间最优控制特性分析了控制参数与机动角度的关系;此外,执行机构效率和系统干扰力矩等因素也被用于控制参数域的整定。最后利用整定策略设计了某型卫星的姿态控制器,并通过频域分析和数学仿真检验了该方法的有效性和实用性。     

自由浮动空间双臂机器人抓持内力的优化控制

运用非线性规划方法，提出了一种本体位置、姿态均不受控的自由浮动空间双臂机器人的内力优化与控制策略。首先根据空间双臂机器人及负载的动力学方程，建立了抓持系统合成动力学方程，进而将机器人各手臂关节广义驱动力矩的范数作为目标函数，内力作为优化变量，采用了序列一次规划法来解决空间机器人的动态内力优化计算问题，并对双臂六自由度空间机器人进行了内力优化控制仿真实验，结果表明了该方法的有效性。     

基于双量程推力传感器的精确测力技术

针对双量程推力传感器在使用中测试精度低的问题,结合传感器固有特性,开展了传感器动态特性分析及误差补偿方法的研究。通过有限元分析和力锤冲击试验,结合结构分析获得了双量程力传感器等效二自由度和三自由度动力学模型。利用近似求积数值法对冲击力试验输出信号进行补偿,获得了接近标准信号的测试结果,对该补偿方法进行了有效性验证。结果显示:本方法对发动机试验的推力信号进行了补偿,推动了单室双推力发动机推力的精确测量,为双推力发动机的推力测试提供了有效途径。     

航天器大型舱段柔性对接技术研究

针对航天器大型舱段的自动柔性对接需求,基于并联调姿平台(6SPS)的舱段柔性对接技术开展研究。采用6SPS作为舱段位姿调整装置,在其6个支链上设置力传感器,测量每个支链所受的轴向力。在柔性对接控制中,根据负载质量特性及调姿平台姿态实时解算每个支链上由负载重力引起的轴向力,作为理论力;将实际测得的支链力与该理论力比较,进行力随动控制并调整支链长度,实现力反馈下的柔性对接控制。试验证明了力随动控制能实现根据支链力变化实时调整调姿平台位姿,满足舱段柔性对接的需求。     

交会对接光学成像敏感器设计中的关键问题

自主自动交会对接最后逼近段,通常是以光学成像敏感器作为主要的导航敏感器。本文首先简要介绍国内外交会对接光学成像敏感器的最新研究进展情况,然后就其设计中的几个关键问题进行分析,并给出相关结论。