在轨模块更换任务动力学与控制仿真系统

航天器在轨模块更换任务的总体仿真是对总体方案进行系统性分析和论证的重要手段。文章基于天基平台在轨模块更换技术的研究,搭建了在轨模块更换仿真演示验证系统,介绍了仿真系统总体架构,建立了包括空间环境、轨道、动力学、控制、电源、测控等各分系统在内的仿真系统。重点对交会对接、在轨模块更换过程涉及的航天器平台及机械臂的动力学特性...     

航天器分布式系统仿真验证平台设计与实现

文章分析了航天器分布式系统仿真平台的特点和需求,根据分布式集成仿真平台多操作系统、混合架构、分布式结构、模型管理、试验设计、仿真运行、数据管理的技术特点和功能需求,对相应关键技术进行了攻关,制定了实施方案,在此基础上完成了相关设计和实现。平台能够适应全数学与半物理2种仿真工况,满足航天器系统方案设计全面仿真验证需求,并可方便接入商业或自研软件。最后通过仿真实例对平台的功能性能及通用性进行了验证。     

交会对接航天器推力分配算法研究

如何将期望控制指令动态地分配到冗余配置的推力器系统成为航天器控制算法设计的关键问题之一.针对推力器冗余配置的航天器控制分配问题进行初步探索性研究,提出了一种基于控制分配技术的推力动态分配新方法.首先建立推力分配问题的数学模型,并运用伪逆与线性规划相结合的二次分步优化方法对问题进行求解,且将其应用于以推力器为执行机构的交会航天器轨道与姿态一体化控制问题研究.最后对算法进行开环仿真验证,并采用微小卫星物理仿真平台(MicroSim平台)的推力器配置方案进行交会对接最后接近段的六自由度闭环数学仿真验证.仿真结果表明:所提算法在燃料消耗上优于传统的轨道与姿态单独控制模式.     

针对失控翻滚目标航天器的交会对接控制

研究了一个受控的追踪航天器和一个失控慢速翻滚的目标航天器的末段交会对接控制问题。通过引入基于特征模型的控制方法,设计了相对位置跟踪控制器以及姿态同步控制器,克服了针对目标航天器测量中存在的较大不确定时延,航天器动力学参数的不确定性,以及追踪航天器存在的较大帆板挠性,实现了针对失控自旋目标的末段精确交会对接控制。最后,通过搭建仿真系统进行动力学仿真,进一步验证了本文控制策略的有效性。     

航天器轨道控制系统的智能设计方法与仿真

本文介绍了将智能控制方法用于航天器交会对接段的轨道控制。通过建立系统的特征模型、知识库、数据库和规则库并且构造出相应的推理机构和控制逻辑,为航天器的轨道控制过程设计了一种专家式智能控制器。仿真结果表明了此系统具有较好的跟踪性能。     

月球轨道器交会对接九自由度半物理仿真系统设计及验证

阐述了月球轨道交会对接九自由度仿真系统的设计方法和仿真系统的主要组成,提出了一种基于光纤的千兆以太网络的九自由度仿真系统设计思路,对其中的关键技术进行了探讨,最后给出了仿真验证结果。     

基于HLA的载人航天器飞行任务仿真平台研究与实现

面向载人航天器飞行任务仿真需求,根据载人航天器的特点以及高层体系结构(HLA)技术,提出了基于高层体系结构的载人航天器飞行任务仿真平台方案,设计实现了由运行管理、飞行指令、数据记录、数据可视化等功能,以及涵盖轨道、姿态、能源、动力学等多个专业仿真模型组成的仿真平台,给出了应用实例,并就仿真平台开发中的联邦开发过程、仿真模型接口软件、飞行场景三维可视化等关键部分进行了探讨。与单一的飞行任务仿真软件相比,该分布式仿真平台覆盖的专业面更全,验证内容更丰富,可扩展性更强。随着载人航天器系统飞行任务复杂程度的提高,通过对仿真平台的扩展和重用,可适应新的任务验证需求。该仿真平台可为复杂载人航天器的飞行任务设计验证提供依据,并对基于HLA的其他航天器仿真系统的联邦设计与开发具有一定的参考价值。     

航天器运输包装箱仿真验证平台技术研究

针对数量有限的物理跑车试验无法满足减振与保温性能测试需求的问题，提出一套航天器运输包装箱动力学与热学仿真验证方法，包括：建立适用于包装箱系统的刚柔耦合多体动力学系统，通过结合线路条件测试生成的动力学系统外部激励，实现减振性能虚拟跑车测试；建立基于计算流体力学的包装箱热学模型，通过模拟自然对流和空调控制，实现包装箱保温性能虚拟跑车测试；基于C/S架构和导航式流程设计思想，建立航天器运输包装箱仿真验证平台，通过实际案例证明该平台仿真结果与实际跑车测试数据具有较高的一致性。     

空间对接动力学半物理仿真基本问题及解决方案研究

分析了空间对接半物理(HIL,Hardware-In-the-loop)仿真系统设计难点,将空间对接半物理仿真设计问题归纳为四个基本问题,即稳定性问题、动态复现精度问题、滞后补偿器的鲁棒性问题以及适应性问题。为了解决上述问题,作者阐述了空间对接半物理仿真系统设计思想,旨在空间对接频带范围内,消除或减弱仿真硬件接口对半物理仿真系统的影响。在此基础上,确立了力和力矩传感器及其滤波器设计准则、数字控制采样频率的选取依据和运动模拟器的设计方案等。最后文章探讨了空间对接半物理仿真系统动态特性的验证方法。     

空间交会对接的仿真技术

空间交会对接涉及到两个航天器同时要进行多达12个自由度的轨道和姿态控制问题。这不仅在理论上,而且在技术实现上都是相当复杂的。为了确保交会对接的成功并尽量缩短交会对接的时间,必须用实际硬件和星上软件进行整个RVD控制系统的仿真试验。本文主要论述对交会对接仿真技术的要求,仿真方法和关键仿真设备。     

面向航天器在轨加注的地面模拟技术

文章结合近年来航天器在轨加注的相关研究,着重对其地面模拟试验技术进行了探讨。首先对国外相关地面模拟技术进行了综述,其次对一种新型地面模拟系统进行了详细介绍。该系统由气浮平台、航天器模拟器、光学测量系统、地面控制系统、自主对接和流体加注机构等组成,不仅能演示航天器在轨加注任务的全过程,而且能完整演示自主对接与分离、流体传输与控制、导引测量与推进等在轨加注关键技术。     

太空环境飞行器交会对接设备精测工艺方法研究

交会对接设备是实现飞行器交会对接的重要部件。它的安装精度直接影响交会对接任务的成败。为了研究太空环境下飞行器舱体压差对交会对接设备安装姿态的影响,文章根据太空环境飞行器所受压差情况,设计了地面仿太空环境试验,对某型号飞行器的交会对接设备及舱体基准进行了姿态测量,分析了由于舱体内外压差的影响而造成的设备姿态变化,并根据试验结果分析研究出一种新的地面总装精测工艺方案。     

低地球轨道航天器对接放电研究

文章介绍了低轨道航天器对接放电的产生机理,通过模拟试验、电路仿真和理论分析,研究了低轨道航天器对接产生静电放电的可能性、条件、放电强度、持续时间及其影响,并提出防止静电放电危害的措施,为工程应用提出参考建议。     

空间飞行器自动对接系统的多变量模型参考反馈设计方法

本文从两空间飞行器交会对接过程最后接近阶段的飞行特性出发,利用多变量频域理论,给出了空间飞行器自动对接系统的多变量模型参考反馈设计方法.     

航天器位置和姿态的光学测量算法

本文回顾了航天器交会对接过程中,用光学方法测量目标飞行器位置和姿态的已有工作,提出一种更优算法,给出了相应数学仿真结果.     

基于关键事件的系统级单点故障识别方法及应用

系统级单点故障严重影响航天器任务的成败。为全面识别系统级单点故障模式,文章提出了基于时域空域分析、故障树分析（FTA）和故障模式影响分析（FMEA）相结合的关键事件系统级单点故障识别方法,并在交会对接任务中得到了应用。通过对识别的单点故障模式相关设备采取在轨补偿措施或过程控制措施,降低了任务风险,保证了交会对接任务的成功。该故障识别方法具有一定工程应用价值。     

一种微型航天器姿态控制系统建模与分析

从航天器微小型化的角度出发，提出了仅利用两个飞轮进行航天器姿态控制的飞轮配置方案。该方案还可以对高速旋转的飞轮所储存的能量进行管理，不需要磁力矩器等额外的卸载装置，从而简化了飞轮姿态控制系统的结构。详细描述了系统的结构和工作原理，推导了航天器姿态控制系统的非线性动力学模型，分析了影响航天器姿态机动性能的主要因素，并通过仿真验证了这种配置方案的有效性。     

空间合作目标运动再现的相似度分析

研究了空间合作目标运动再现的相似度度量方法。首先,给出空间合作目标运动再现轨道姿态变量的缩比因子以及仿真系统相似度的建立要素;其次,建立运动再现的相似度评估指标模型,确定了相似元及其特征变量,给出了相似度的权重构造方法以及相似特征变量相似值的计算方法,并在此基础上提出了相似度的度量公式;最后以航天器圆轨道交会对接最终逼近段地面验证试验为例进行了相似度分析。仿真表明这种分析方法对于试验方案的选择及改进具有指导意义。     

自主交会对接测量系统和对接敏感器

自主交会对接的关键技术之一就是测量系统和敏感器。本文首先论述测量系统的设计方案,它采用4种敏感器,互为备分,这是一种具有很高可靠性的测量系统。其次论述对接敏感器的构成、工作原理的技术性能。