航天器姿控系统的PD型学习观测器故障重构

针对满足Lipschitz条件的航天器姿态控制系统这一非线性系统中存在的执行器加性故障、空间干扰与测量噪声问题,提出了基于PD型迭代学习观测器的故障重构方法。该方法具有期望的鲁棒性能指标,能够在系统存在空间干扰与测量噪声情况下实现对突变故障与时变故障等故障类型的精确重构。基于线性矩阵不等式技术给出系统化PD型迭代学习观测器的设计方法,并根据Lyapunov稳定性理论对上述设计方法的稳定性条件进行了理论证明,同时利用鲁棒技术抑制空间干扰与测量噪声对执行器故障重构的影响,通过线性矩阵不等式工具箱求解观测器参数矩阵。最后,将该方法应用到航天器姿态控制系统中,仿真结果证明了该方法的有效性。     

稳定存贮技术在可重构多机实时系统的应用

论述了稳定存贮技术，在可重构多机实时操作系统（ＭＰＲＯＳ）的恢复启动中的重要性，讨论了系统和用户任务保留点及保留数据的选择问题，给出了本系统所采用的稳定存贮结构和相应的操作。     

基于赋时可重构Petri网的可重构制造系统建模

系统建模是可重构制造系统生产管理控制技术的基础。分析了可重构制造系统的建模需求,提出基于赋时可重构Petri网的可重构制造系统建模的方法。该建模方法是先建立可重构制造系统当前系统的赋时可重构Petri网模型,再通过修改其建模元素得到可重构制造系统重构后系统的赋时可重构Petri网模型。实例研究表明基于赋时可重构Petri网的可重构制造系统建模方法能够满足可重构制造系统的建模需求,因此它是可重构制造系统的正确的形式化表示。     

可重构制造系统的性能分析

可重构制造系统的生产管理与控制是实施可重构制造系统哲理的关键技术,而可重构制造系统的性能分析是可重构制造系统生产管理与控制的重要功能。基于可重构制造系统的赋时可重构Petri网模型及其调度Gantt图,提出可重构制造系统的性能指标评价方法,定义最大完成时间、生产资源利用率、作业完成时间和零件的平均生产能力等可重构制造系统的性能指标,并计算了实例系统的性能指标。实例研究表明,可重构制造系统的性能分析方法体现了可重构制造系统的重构柔性本质。     

捕获非合作目标后航天器的自主稳定技术研究

捕获非合作目标后航天器质量特性发生突变,这大大地增加了系统的不确定性,控制不当容易导致失稳.为避免控制过程中航天器出现较大系统干扰问题,提出了先识别捕获后的系统质量特性,而后合理摆放非合作目标的自主稳定策略.首先,对航天器捕获过程和自主稳定策略进行了描述;其次,依据动量矩定理建立了非合作目标与航天器组合系统的数学模型,推导了非合作目标位置与质量特性之间的关系;然后,基于航天器数学模型和姿态测量信息,采用非线性规划方法对质量特性进行了辨识;最后,利用滑模变结构理论设计了非合作目标的控制回路,采用Lyapunov理论对系统的稳定性进行了分析.仿真结果表明:本文提出的自主配平策略响应快、精度高,适合在轨服务.     

基于输出反馈的飞控系数重构控制

针对一类线性控制系统,运用基于输出反馈的特征结构配置方法,提出了一种稳定而有效的控制系统重构方法,根据输出反馈特征值配置原理,给出了原不系统牲结构的确定方法和故障后系统的重构方法与步骤,通过对某飞机纵向飞行控制系统的仿真表明所提出的方法既能保证重构后闭环系统的稳定性,又性使系统性能得到最大可能的恢复。     

可重构飞行控制系统研究

对自修复飞控系统的关键技术－－可重构飞控系统进行了论述。介绍了目前主要的一些重构控制方法的特点，并对控制算法的优缺点及实现条件进行了分析；针对已进行了的可重构飞控系统的飞行试验进行了分析，并对试验结果做出了评价；指出了未来可重构飞控系统的实现途径和发展趋势。     

一类控制受限不确定系统的控制分配重构控制

针对一类控制受限的不确定性系统,提出了一种基于控制分配理论的重构控制策略。该重构策略充分考虑了作动器偏转受约束的情形,基于伪逆控制分配算法,利用自适应控制理论和李雅普诺夫稳定理论,设计了控制分配阵的自适应控制律,使得系统在作动器发生饱和的情形下自适应地调节控制分配阵,从而改变作用于作动器的控制指令,完成系统的重构任务。最后以某多操纵面战机模型为算例对算法予以验证,仿真结果表明了算法的合理性。     

基于效能的先进战斗机航电系统动态重构方法

为满足未来先进战斗机全战斗过程的对敌压制能力需求，分析了作战任务与航电系统支持能力间的关系，建立了"作战任务-航电能力-资源需求"间的关系矩阵和航电系统效能模型；以最大化全飞行阶段航电功能整体效能和飞行安全为目标设计了针对不同作战场景的航电系统动态重构策略及重构流程；通过数值分析，对比了动态重构航电系统与静态配置航电系统在不同作战区边界的效能，表明动态重构特性能有效提高战斗机各阶段的作战效能，提高有限资源条件下的阶段优势。     

分层变结构可重构飞行控制系统设计

利用奇异摄动理论和变结构控制理论，针对飞行状态的时间尺度差异，构造了可进行角速率重构的内环变结构重构控制系统以及可进行角度重构的外环变结构重构控制系统；同时考虑操纵面偏转角度饱和及偏转速率饱和对系统的影响，设计出一种变结构可重构飞行控制系统。仿真结果表明，该方法具有较强的鲁棒性和较高的重构精度。     

Gaussian pigeon-inspired optimization approach to orbital spacecraft formation reconfiguration

With the rapid development of space technology, orbital spacecraft formation has received great attention from international and domestic academics and industry. Compared with a single monolithic, the orbital spacecraft formation system has many advantages. This paper presents an improved pigeon-inspired optimization(PIO) algorithm for solving the optimal formation reconfiguration problems of multiple orbital spacecraft. Considering that the uniform distribution random searching system in PIO has its own weakness, a modified PIO model adopting Gaussian strategy is presented and the detailed process is also given. Comparative experiments with basic PIO and particle swarm optimization(PSO) are conducted, and the results have verified the feasibility and effectiveness of the proposed Gaussian PIO(GPIO) in solving orbital spacecraft formation reconfiguration problems.     

航天器自主导航状态估计方法研究综述

自主导航是航天器自主运行的核心关键技术。状态估计是实现航天器自主导航的核心手段,是指实时确定航天器在轨位置、速度和姿态等导航参数,是航天器自主导航技术的重点发展方向之一。首先,针对航天器自主导航的实际需求,阐述了研究航天器自主导航状态估计方法的必要性,具体从导航系统可观测性分析、导航滤波算法、导航系统误差补偿3个方面介绍了航天器自主导航状态估计方法的研究现状;然后,分析并总结状态估计方法在航天器自主导航系统中的实际应用;最后,结合理论研究和实际应用,给出了状态估计方法目前存在的主要问题并对其后续发展进行了展望。     

非合作航天器姿态接管无辨识预设性能控制

在对非合作航天器进行姿态接管控制时,可能面对目标航天器参数未知、构型改变引起的不确定性及目标施加的非合作控制输入等挑战。针对上述问题提出了一种基于预设性能控制理论的非合作航天器姿态接管控制方法。首先,建立了姿态跟踪运动的非奇异拉格朗日型模型;然后,利用跟踪微分器构造不包含角速度信息的广义状态量,设计无需参数辨识的非奇异预设性能控制器,并证明了系统状态变量的有界性和控制系统在预设的性能指标以内。最后,通过数值仿真验证了所提出方法的有效性及其对时变参数不确定性和非合作控制输入的鲁棒性。     

一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法

利用卫星导航系统对高轨航天器进行自主导航与高精度定轨,对接收机的捕获灵敏度要求极高,双块补零(DBZP)算法是无辅助下卫星导航弱信号捕获的理想方案,然而受限于数据处理量大,DBZP实际应用难度大。在深入分析双块补零机理的基础上,结合矩阵重构的思想,提出了一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法。该方法对参与块内相关运算的基带信号和本地测距码分别进行重构,解决了块内点数与快速傅里叶变换输入点数之间的矛盾,提高了北斗导航接收机弱信号捕获性能。仿真实验结果分析表明,改进双块补零算法对信噪比没有损失,可以保证对低至15dB·Hz的弱信号进行有效捕获,能够满足高轨航天器定轨、室内外无缝导航等对接收机高灵敏度的需求。本方法是在块内运算层面对DBZP进行优化,具备良好的通用性和可移植性,与优化相干积分策略的各种改进DBZP算法可以无缝对接,进一步提高北斗导航接收机信号处理的效能。同时,重构的思想也适用于其他采用码分多址信号的卫星导航系统的弱信号检测和捕获,对提升多星座卫星导航系统的基带信号处理性能具有参考意义。     

Modularity,reconfigurability, and autonomy for the future in spacecraft: A review

The shape of a spacecraft is transitioning from monolithic, manual, and static to modular, autonomous, and dynamic. Modular Reconfigurable Spacecrafts (MRSs) offer better solutions than traditional monolithic spacecrafts in several aspects, and may become the next generation of spacecraft systems with efficient design, fast deployment, flexible application, and convenient management. This paper reviews the development and technology of MRS from three aspects: Modularity, reconfigurability, and autonomy. Despite the progress of research on MRS, there is still a lack of unified standards and little understanding of related concepts. Based on the understanding of basic concepts, the studies conducted on MRS are reviewed to identify technical requirements and solutions. Aiming at the future development trend of MRS, a novel modular self-reconfigurable spacecraft, referred to as MagicSat, is proposed. Furthermore, the MagicSat system composition, advantages, and application prospects are studied. The enabling technologies and major challenges of MRS are further analyzed in terms of modularization, integrated management, and self-reconfiguration technologies. Finally, the future development trend of MRS technology is predicted, and corresponding suggestions are provided.     

航天器控制系统智能健康管理技术发展综述

健康管理作为智能自主控制亟待突破的关键技术之一,是提升航天器安全可靠稳定运行能力的有效手段。结合人工智能技术的发展趋势,基于前期已建立的新型航天器智能自主控制系统通用架构,详细综述航天器控制系统的智能健康管理技术现状与发展趋势。首先,根据现有航天器设计、研制和在轨的具体情况,梳理出航天器控制系统健康管理技术所面临的挑战;然后,分别从故障预警、故障诊断和寿命评估3个方面,详细阐述基于人工智能的健康管理技术研究现状及其在航天领域的应用情况;最后,提炼出航天器控制系统健康管理技术的发展方向。     

Autonomous GPS/INS navigation experiment for space transfer vehicle

An experiment is described to validate the concept of developing an autonomous integrated spacecraft navigation system using onboard Global Positioning System (GPS) and inertial navigation system (INS) measurements. Previous work by the authors (1988, 1990) has demonstrated the feasibility of integrating GPS measurements with INS measurements to provide a total improvement in spacecraft navigation performance, i.e., improvement in position, velocity and attitude information. An important aspect of this research is the automatic real-time reconfiguration capability of the system, which is designed to respond to changes in a spacecraft mission under the control of an expert system     

基于综合指标的最优冗余陀螺配置确定方法

陀螺是航天器控制系统中的关键姿态敏感器,其主要采取冗余措施进行配置。针对航天器控制系统设计中如何进行陀螺冗余配置的问题,提出了一种确定最优冗余陀螺配置的方法,该方法综合考虑了系统的可靠性、精度、成本代价等综合指标。首先,以工程中普遍采用的陀螺斜置式为对象,系统性给出了陀螺斜置式的安装结构,并以测量误差最小为目标确定出确定安装数目下的最优陀螺冗余安装结构。其次,结合实际工程经验对陀螺冗余配置的综合性能指标进行详细系统的分析。然后,利用优化评价方法以综合指标为基础对不同安装数目下的陀螺冗余安装结构进行综合评价,确定出陀螺冗余配置的最优安装数目,即最优冗余陀螺配置。最后,利用该方法对实际工程中的斜置式陀螺冗余配置进行分析和计算。结果表明,当陀螺的安装数目为7时为最优冗余配置,该结论对实际工程具有理论指导作用。     

Event-triggered and consensus-based attitude tracking alignment for discrete-time multiple spacecraft system exploiting interference

This paper presents a discrete-time attitude control strategy with equi-global practical stabilizability for aligning the attitude of multiple spacecraft to a predesigned configuration according to a time-variant reference. By utilizing the interference of the wireless channel, the communication scheme designed in this paper can save communication resources, amount of computation, and energy proportionally to the number of spacecraft. The exact discrete-time model and approximate discrete-time model of the consensus-based spacecraft tracking system are given. Then the framework for the design of an event-triggered control scheme for the exact discrete-time system via its approximate models is developed, which avoids the periodic actuation, and Zeno behavior is proved to be excluded. Furthermore, the control scheme can handle the presence of the unknown fading channel. Finally, simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the control strategy.