对偶四元数曲线插值算法在编队卫星中的应用(英文)

传统的编队卫星位置和姿态算法是分开处理的。提出一种新的对偶四元数曲线插值算法,将卫星的姿态结合到轨道中去。首先采用曲线插值算法计算主星的运动轨迹,然后建立从星相对于主星的对偶四元数模型来确定从星的相对位置和姿态,将卫星的位置和姿态进行统一处理。与传统的轨道参数法及四元数法进行误差比较,仿真结果表明该方法不但可以实现编队卫星位置和姿态的统一确定,而且可以满足卫星编队的精度要求。     

非合作目标编队飞行耦合动力学建模与六自由度控制

研究了非合作目标编队飞行的相对轨道和相对姿态运动,分析了非合作目标编队飞行的相对位置运动和相对姿态运动的耦合关系;建立了非合作目标编队飞行的六自由度动力学模型;设计了基于指数趋近律滑模控制方法的控制器;并证明了该系统的稳定性.仿真结果验证了六自由度控制的有效性.     

绳系卫星系统周期运动的分岔与镇定

考虑到绳系卫星系统主星姿态的作用,研究状态保持阶段绳系卫星系统的非线性动力学。首先建立含姿态的绳系卫星姿-仰耦合两自由度非线性动力学模型,通过摄动法解析地获得系统的周期运动,利用Floquet理论分析轨道偏心率对该周期运动稳定性的影响。然后,通过与姿态有关的两个系统参数,对绳系卫星系统周期运动的分岔进行了数值仿真。结果表明,姿态和俯仰运动耦合导致绳系卫星系统产生多个概周期运动并存的复杂动力学行为以及混沌运动。最后,为将混沌运动引导到某个稳定的周期运动上,提出利用线性速度反馈的镇定策略。     

基于图像位移的低轨卫星自主导航技术

利用高速相机测得的地面图形相对卫星的位移,结合星敏感器测得的姿态信息,基于卫星相对地面的速度是一个非线性变化过程这一事实,实现低轨卫星的自主导航.相对于传统的陆标识别自主导航,该方法不需识别地面物体或景象,只需利用图像之间的位移关系,经相关性分析后,便可获得卫星相对于地面的速度信息.因此,不需要存储地面物体或景象的先验信息,故减轻了存储负担.文中还构建了系统的状态方程和量测方程,采用卡尔曼滤波器进行信息滤波.仿真分析显示,该系统具有较好的自主导航精度,可以应用于低轨卫星的自主导航.     

变推力轴线无人机的建模与机敏性分析

建立了与普通无人机相区别的变推力轴线无人机的全量教学模型.通过理论分析可知,变推力轴线技术的引入可以改善无人机的机动性和敏捷性.设计了气动舵面控制和推力变向控制相结合的无人机纵向姿态混合控制器,并对非线性模型描述的无人机进行了控制仿真,结果验证了混合控制策略的优越性,也体现了变推力轴线无人机具有比普通无人机更好的机敏性.     

基于连续螺旋滑模的无人机分布式编队控制

为了解决复杂环境中无人机分布式编队控制问题,考虑外界干扰影响和状态信息不完全反馈情况,对无人机设计分布式编队控制器。无人机利用自身位置反馈,基于二阶精确微分器设计状态观测器,得到无人机速度和干扰的估计值;结合自身估计信息和邻机位置、速度的估计,基于连续螺旋滑模控制方法设计编队控制器和姿态跟踪控制器;稳定性分析保证了无人机闭环系统稳定性。基于Matlab/Simulink数值仿真和软件在环实时仿真平台,验证了所设计控制算法的有效性,并演示了三维可视化仿真结果。     

近地径向等质量共线三星库仑编队飞行队形保持研究

研究了近地径向等质量共线三星库仑编队飞行队形保持控制问题。针对三星库仑编队相对运动动力学的复杂性，运用绳系编队的建模思想，建立了径向等质量共线三星库仑力编队在地球同步轨道处的非线性相对运动动力学模型。考虑库仑编队动力学特性和环境干扰不确定因素影响，基于该非线性动力学模型，设计了地球同步轨道处的等质量三星库仑编队滑膜反馈控制律，在滑模控制中加入了线性反馈项提高控制器的稳定性和准确性，同时保证了编队整体的鲁棒性。仿真结果表明,该控制律能够使编队达到预期静态构型，具有良好的控制性能。     

航空发动机直接推力控制

为实现推力的多变量控制,首先研究了控制系统输出参数选择方法.输出参数选择采用相对增益矩阵(Relative gain array,RGA)和灵敏度分析方法.当RGA对角元趋近1而其他元素较小时,回路之间的耦合小,当输出对输入的灵敏度大时,输出易于控制.为此从常用被控参数中选择低压转子转速与推力构成控制系统输出.由于推力不可测量,采用神经网络对其进行在线估计,神经网络的输入采用遗传算法从航空发动机诸多可测参数中选取.最后设计了H∞控制器,通过闭环系统仿真,验证了本文方法的有效性.     

基于二阶锥优化的饱和及禁区约束下的航天器姿态控制（英文）

研究了姿态禁区约束、角速度和控制力矩饱和约束下的航天器姿态机动问题。为了解决实际问题中的强非线性和非凸问题,提出了采用二阶锥优化方法来求解路径。具体来说,非线性的运动学和动力学通过松弛和转化为标准的仿射形式,并采用线性化和L1罚函数方法将问题中的非凸约束进行凸化。提出了基于角速度的二次性能指标,采用逐次迭代的二阶锥优化算法得到航天器姿态机动路径。最终,通过数值仿真验证了算法的有效性。     

机动弹头姿态解耦控制方法研究

对大机动弹头再入飞行段姿态稳定控制系统的设计问题进行了分析与研究。根据飞行控制要求 ,考虑了影响较大的气动力和气动力矩因素 ,建立了一个完全表征大机动情况下弹头运动的非线性动力学模型。然后采用非线性解耦控制理论设计了机动弹头的姿态控制系统。仿真结果表明 ,该方法能够保证系统良好的稳定性能。     

结合遗传算法和优化Q-law算法的小推力轨道转移

提出了一种将遗传算法和优化的Q-law算法相结合的新轨道转移算法.为了合理利用能源,文中引入相对推进效率作为是否施加推力的门限.遗传算法用于搜索最短时间的优化轨道转移路径,将轨迹优化问题转化成有约束的参数优化问题,从而避免了两点边值求解难题.在轨道转移末端,为了提高目标转移精度并避免高频振荡,文中采用了结合模糊逻辑的优化Q-law算法.针对某一卫星轨道转移进行了数字仿真.结果表明,本文算法能够在实现最优时间轨道转移的同时,兼顾能源的消耗,并提高轨道转移精度.     

A Status Graph Based Control Allocation Algorithm of Digital Micro-Thruster Array for Micro/Nano-Satellites Orbit Control Application

Digital micro-thruster arrays can be used for special missions of micro/nano-satellites with the requirements of high precision and small impulse. This paper presents a novel control allocation algorithm for the digital micro-thruster array,namely status graph based control allocation(SGBCA)algorithm,which aims at finding the optimal micro thrusters combination scheme to realize the sequential control synthesis for micro/nano-satellite during real-time orbit control tasks. A mathematical model is set up for the control allocation of this multivariate over-actuated system.Through dividing thrusters into disjoint segments by offline calculation and combining segments dynamically online to provide a sequence of the required impulse for the micro/nano-satellite,the time complexity of the control allocation algorithm decreases significantly. All levels of impulse can be generated by the digital micro thruster arrays and the service life of the arrays can be extended using the segment converting strategy proposed in this paper. The simulation indicates that the algorithm can satisfy the requirements of real-time orbit control for micro/nano-satellites.     

基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨技术

为提高导航星座的自主导航能力,提出一种基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨方法。在导航卫星星间测距的基础上,利用太阳帆提供的空间实时位置信息,来消除导航星座的整体旋转和漂移对自主定轨的影响。选用第一类无奇点根数作为状态变量,利用EKF滤波器融合卫星动力学信息及两类测距信息进行自主定轨。利用GPS导航星座的IGS精密星历进行了仿真试验,仿真结果表明了该方法不仅能够保证导航卫星自主定轨的长期稳定性,且与结合星间测距和星间测向的自主定轨方法相比,定轨精度更高。     

Boosting稀疏最小二乘支持向量回归机及其在推力估计中的应用

为实现航空发动机的直接推力控制代替传统的基于传感器的液压机械式控制,本文使用boosting技术提升最小二乘支持向量回归机的性能设计了推力估计器。在使用boosting的过程中,有两点与传统方法不同：（1）为了在建立稀疏最小二乘支持向量回归机的时候使数值计算更稳定,使用无放回抽取;（2）为了实现最小二乘支持向量回归机的稀疏性和降低计算的复杂度,用训练数据集的一个子集来建立最小二乘支持向量回归机,不再使用全部训练数据。仿真实验表明,基于boosting稀疏最小二乘支持向量回归机的推力估计器能够满足直接推力控制的需要,即估计推力相对误差不大于5‰。     

航天飞机最优交会轨道及其控制

本文在文[2]、[4]的基础上,研究了最优交会轨道,导出了在推力作用下最优交会轨道的解析表达式;并对最优交会轨道和最优控制规律作了数值计算,求得了最优解。结果表明,对于目标航天器绕圆形轨道运行的情况,要求最优空间交会轨道和最省燃料的控制规律,此法有较好的实用价值。     

基于推力矢量控制的气体二次喷射混合流场实验研究

介绍用于固体火箭发动机推力矢量控制的气体二次喷射实验装置及实验方法;研究了气体二次喷射中喷射位置、喷射角度、喷射孔形状、喷射马赫数、喷射流量等诸多参数对混合流场弓形激波的影响;并对实测的弓形激波半径与激波理论分析方法求得的激波半径进行了比较,二者激波斜率基本一致。