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。     

基于四元数方法的GPS航姿解算

应用ＧＰＳ载波相位双差测量来确定载体的航向和姿态需要解决两个主要问题：模糊度的确定和航姿算法。本文提出了ＧＰＳ航姿解算的四元数方法，直接利用ＧＰＳ载波相位双差 算姿态四元数，从而保证了姿态矩阵的正交性能。     

空间平台发射拦截器动力学与最优脉冲拦截

研究了空间平台发射拦截器的两体耦合动力学,以及拦截器拦截目标星的最优脉冲控制问题。平台首先与目标星形成绕飞关系,保持其发射筒轴线始终瞄准目标星。接到发射指令后,拦截器从发射筒中射出,本文采用拉格朗日第二类方程建立了发射过程平台-拦截器两体动力学模型。因为两体耦合影响,平台姿态偏转,拦截器出筒时的速度已经不能瞄准目标星。通过小型火箭发动机给其施加速度脉冲,使其进入拦截轨道,保证拦截的同时,将脉冲速度最小化以节省燃料,本文将其归结为一个非线性规划问题,采用三级优化的策略来求解。在拦截飞行时间相较于平台绕飞目标星的周期是小量的条件下,可以视绕飞平均角速度为小参数,采用正则摄动方法求出非线性规划的一阶近似解,然后以此为迭代初值,寻找最优真解。最后进行了数值仿真验证。     

基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统

当无人机机动飞行时,采用加速度计校正陀螺误差的测姿系统不能有效地修正陀螺漂移问题,为此提出了基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统.引入GPS速度信息、捷联加速度信息和角速率信息建立了基于欧拉角描述的融合测姿系统模型,采用强跟踪滤波器对姿态进行融合估计,有效地估计出陀螺的漂移误差,从而得到无人机准确可靠的姿态测量,同时可以修正无人机的运动速度.通过建立飞行仿真模型,在给定的飞行航迹段对所提出的多传感器姿态测量系统进行了仿真研究,结果表明:测姿系统能够有效地减小模型误差的影响,估计出陀螺的漂移误差,得到更加准确的姿态测量.     

基于局部信息的分布式航天器集群重构（英文）

航天器集群的目标是使用尽可能小的燃料消耗完成队形重构任务。为了研究基于局部信息分布式航天器集群的重构问题,利用双脉冲交会机动原理设计了3种避免碰撞的目标选择策略。策略1在目标点发生冲突时根据与目标的距离确定目标点的选择,并使用单位脉冲来避免碰撞;策略2更改了避免碰撞的策略,当两个航天器不止一次相遇时,交换两个航天器的目标点;在策略3中,更接近目标点的航天器具有更高的优先级,当两个航天器不止一次相遇时,也会交换两个航天器的目标点。对3种策略分别对给定位置、不同完成时间、随机位置进行对比,数值仿真结果表明,这3种策略都可以在规定的要求下完成航天器集群重构。对于不同的完成时间和给定位置,策略3的燃料消耗要比策略1低并且在大部分完成时间下也要比策略2的燃耗低,在随机位置测试中大概70%的情况策略3比策略1燃耗低且整体更加稳定。     

基于单目视觉的室内微型飞行器位姿估计与环境构建

针对微型飞行器(Micro air vehicle,MAV)在室内飞行过程中无法获得GPS信号,而微型惯性单元(Inertial measurement unit,IMU)的陀螺仪和加速度计随机漂移误差较大,提出一种利用单目视觉估计微型飞行器位姿并构建室内环境的方法。在机载单目摄像机拍摄的序列图像中引入一种基于生物视觉的方法获得匹配特征点,并由五点算法获得帧间摄像机运动参数和特征点位置参数的初始解;利用平面关系将特征点的位置信息由三维降低到二维,给出一种局部优化方法求解摄像机运动参数和特征点位置参数的最大似然估计,提高位姿估计和环境构建的精度。最后通过扩展卡尔曼滤波方法融合IMU传感器和单目视觉测量信息解算出微型飞行器的位姿。实验结果表明,该方法能够实时可靠地估计微型飞行器的位置和姿态,构建的环境信息满足导航需求,适用于微型飞行器室内环境中的导航控制。     

运输类飞机阵风载荷与机动载荷识别算法

针对运输类飞机的飞行特点,基于姿态角和相关重心过载参数变化,提出了运输类飞机的阵风与机动载荷识别算法。利用Matlab进行算法编程,通过实测载荷数据实例,验证了该算法的有效性,为新机结构可靠性设计和全尺寸疲劳试验提供了参考数据。     

执行器卡死并失效的航天器姿态稳定控制

考虑挠性航天器执行器卡死与部分失效故障下的姿态控制问题,提出了一种滑模容错控制法。该方法采用自适应技术在线估计系统不确定参数,且该控制器的设计不需要任何在线或离线的故障信息,能够完全独立于地面站的支持。基于Lyapunov方法从理论上证明了该控制器不但能够有效地处理执行器故障,而且保证了闭环系统的全局渐近稳定,实现对姿态的高精度控制。最后将该方法应用于某型挠性航天器的姿态稳定任务中,仿真结果验证了该方法的有效性。     

飞行器飞行姿态不确定性传播分析

飞行器的飞行状态会受到诸多不确定因素的影响。例如飞行时的外部环境参数，制造时的容许公差和加工误差等不确定性变量会使飞行中的姿态控制产生偏差，导致飞行任务失败，甚至引发灾难性的后果。为此，本文提出了一种基于最优混沌多项式展开的不确定性传播分析方法，有效突破了高维不确定性传播分析面临的变量分布任意以及大规模计算等瓶颈问题。本文提出的传播分析方法，统一度量了高维设计变量中的不确定性，量化分析复杂不确定性对马赫数、动压、轴向过载系数及合成攻角等飞行姿态参数的影响，进而为飞行姿控及后续结构优化设计提供有效依据。     

多视图场景确定下的空间点位置视觉标定方法

针对空间特征点三维位置标定问题,提出一种多视图场景确定下的空间点位置视觉标定方法。该方法基于计算机视觉原理,通过在场景内放置棋盘模板确定图像场景位姿参数,而后根据多视图图像下的空间点图像坐标和场景位姿参数求解空间点三维位置坐标。试验结果表明,该方法下的空间点标记位置与真实位置间的距离误差小于1 mm,适用于高精度要求下的特征点位置标定。     

速度增益制导在远程交会任务中的应用

利用冲量假设解决远程交会问题在工程上很难实施，制导精度无法控制。本文针对两冲量交会问题，设计出两次机动的制导方案。第一次机动利用速度增益制导，第二次机动采用按时间关机制导。理论和仿真结果显示该方案可靠性高，制导精度满足远程交会的技术要求，同时也保证了向近程制导转换的精度。     

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。     

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。     

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。     

鸭式布局战斗机非常规机动的流场机理数值分析

以先进战斗机的非常规机动为对象,发展了一种适用于大幅度运动变化的非结构嵌套网格生成方法,建立了一整套非定常流场N-S方程数值求解方法。在对三角翼动态气动特性计算验证的基础上,模拟了飞机过失速机动条件下飞行姿态和来流速度的变化特征,对鸭式布局战斗机"眼镜蛇机动"的非定常涡结构、非定常气动力效应和气动特性进行了数值研究,揭示了鸭式布局战斗机"眼镜蛇机动"的非定常流场机理。     

自适应遗传 PID 算法在风洞风速控制中的应用

风速控制是风洞的核心控制部分,风速控制系统的优劣直接影响风洞性能指标,为了完成 FDxx 风洞的风速控制系统,设计了一种基于自适应在线遗传算法的 PID 参数整定方法,在风洞气源资源有限的情况下,快速建立流场,确保流场稳定时间。首先对控制参数进行联合编码,在种群个体进化前期采用锦标赛精英保留策略,后期采用基于轮盘赌非线性选择方法,加快算法收敛速度,同时避免了算法过早陷入局部最优,交叉选用单点交叉,变异采用均匀取反法,动态调整过程为了减小甚至避免超调,采用误差绝对值及误差和误差变化率加权方式设计目标函数,并采取了惩罚措施,即一旦产生超调,将超调量作为最优指标的一项,现场测试验证了算法的可靠性及实用性。     

CNC系统中提高回原位精度的实现

提高回原位精度是计算机数值控制ＣＮＣ系统开发中的关键技术问题之一，本文在指出了以往回原位算法的缺陷并分析了引起数控系统回原位误差因素的基础上，提出了引入回原位国界参数和最终逼近原位方向参数，从而提高数控系统回原位精度的算法，并提出了在闭环或半闭环数控系统中利用检索脉冲输入从而消除原位开关激活边界位置误差的思想，提出了适用于闭环或半闭环数系统的全新的高精度的回原位算法。     

Robust Adaptive Attitude Maneuvering and Vibration Reducing Control of Flexible Spacecraft Under Input Saturation

A robust adaptive control scheme is proposed for attitude maneuver and vibration suppression of flexible spacecraft in situations where parametric uncertainties,external disturbances,unmeasured elastic vibration and input saturation constraints exist. The controller does not need the knowledge of modal variables but the estimates of modal variables provided by appropriate dynamics of the controller. The requirements to know the system parameters and the bound of the external disturbance in advance are also eliminated by adaptive updating technique. Moreover,an auxiliary design system is constructed to analyze and compensate the effect of input saturation,and the state of the auxiliary design system is applied to the procedure of control design and stability analysis. Within the framework of the Lyapunov theory,stabilization and disturbance rejection of the overall system are ensured. Finally,simulations are conducted to study the effectiveness of the proposed control scheme,and simulation results demonstrate that the precise attitude control and vibration suppression are successfully achieved.     

神经网络自适应控制在攻击直升机中的应用

研究了神经网络自适应控制在直升机飞行控制系统中的应用。首先将直升机姿态角系统划分为快慢回路 ,并分别采用动态逆方法进行设计 ;针对动态逆方法的优点和不足 ,提出了小波神经网络自适应逆控制方案 ,把BP小波神经网络和基于李亚普诺夫稳定的小波神经网络分别应用于直升机飞行控制系统中 ;最后对典型机动飞行进行了仿真 ,说明小波神经网络方法应用的正确性和有效性。仿真结果证明 ,本文采用的小波神经网络自适应控制方法效果好 ,具有工程应用价值     

航天飞机气动力辅助异面轨道变换

本文研究了以气动力作为辅助动力,实现异面圆轨道的最优变换。以目标轨道面倾角最大为优化性能指标,获得了升力和滚转角的最优控制规律。文中提出了优化问题的一种参数搜寻方法,有利于问题的求解。文末对结果作了分析,讨论,并就有关的多种变换模态作了分析、对比,表明在一定条件下,气动力辅助变换有明显的优越性。