小卫星及其星座的智能自主控制系统

随着小卫星及其星座技术的发展 ,卫星系统的测控和运行管理模式将由地面遥测遥控方式向智能化自主方式发展。文中系统深入地分析了小卫星及其星座技术的特点和主流发展趋势 ,讨论了对小卫星及其星座实施智能自主控制的必要性、优越性等方面的问题 ,给出了一种将多Agent系统技术与混杂控制系统理论方法相结合 ,以综合集成方式实现的具有高度自主性和灵活性的智能自主控制系统的设计方案 ;论述了可行的优化策略与技术实现途径。最后 ,按照文中提出的智能自主控制系统的组织结构模式和相应的控制策略 ,针对小卫星编队构形自主保持的智能控制问题 ,给出了计算仿真结果     

分布式卫星系统自主运行体系结构模型研究

在分析现有分布式卫星系统(DSS)体系结构不足的基础之上,针对DSS自主运行特征,提出了一种适应动态、复杂不确定环境的DSS两级系统层次的混合体系结构模型.同时根据多星协作和星内自治的需求,给出一种较为通用的面向自主协作的卫星控制结构Agent模型,并讨论了该结构中各Agent模块的组成、功能及相互联系.      

卫星高功能密度综合电子系统设计

微小卫星综合电子系统承载了卫星大部分功能，是卫星任务处理和控制的中心，未来新的智能化应用、星群应用、通信服务等需求也将由卫星执行，对综合电子系统提出了新的要求。分析了国外典型小卫星综合电子系统，具有功能综合度高、多数功能集中在一台计算机中、卫星功能软件化的特点。设计了基于软件定义的综合电子系统一体化结构，硬件采用高度集成的模块化设计，软件采用分层和组件化设计，将系统功能进行分层，通过软件定义组件的方式实现各层功能和业务。高功能密度综合电子系统由一个通用化的高性能硬件平台和各种可加载的APP软件组成，除传统功能外，还可扩展自主任务管理、星间组网和载荷管理等功能，不仅使卫星的集成度和功能密度大幅提升，还能实现卫星功能重构，达到一星多用、一星多能的目的，有利于紧急时期卫星系统快速构建与应用，对于未来星座组网应用也具有一定意义。     

基于Agent与元胞自动机的无人机集群混合式控制

高效有序的集群控制方式是集群顺利完成作战任务的前提。针对无人机集群控制问题，结合集中式与分布式2种控制方式，提出基于Agent与元胞自动机的集群混合式控制。从无人机集群作战流程出发构建了无人机集群控制体系框架、通信拓扑结构及集群控制规则，将集群个体由上至下分为中心长机、小组长机、个体无人机3个层次，高层级对低层级采用自上而下的集中式控制，同层级采用自下而上的分布式控制。在此基础上，利用Agent模型的层次性与元胞自动机模型的同质性，设计了基于Agent与元胞自动机的集群混合式控制模型，实现2种控制方式有效结合，元胞自动机模型实现集群基本的聚合、分离、速度一致规则，Agent模型实现不同层级个体间的协同交互规则。在编队集结与保持任务背景下，对分布式、集中式与混合式3种控制进行对比仿真，结果表明:基于混合式控制的集群在编队可控性、跟随性、一致性以及降低通信负载等方面具有明显优势，验证了混合式集群控制方法的有效性。      

某机载探测系统自主回收技术的实现

针对某机载探测系统探头回收自动化程度低的问题，提出了在无需操作员干预情况下实现探头自主回收的技术方法。采用了先进的控制算法，将缆位角与探头、缆长进行结合并引入了绞车控制系统，使绞车对探头的回收速度及缆长可进行实时调整，并给出了3种不同缆位角摆动条件下缆长与探头回收速度的控制曲线关系。研发了自主回收装置，设计了能够实现自主回收功能的探头回收机构。实验验证表明：在无需人为干预的条件下，在缆位控制系统及自主回收机构的配合下，系统实现了对探头快速、安全的回收。     

基于模型化配置的星务自主控制软件设计与应用

卫星互联网正成为一种空间基础设施展开建设，大规模卫星发射的需求与地面运控管理任务指数型增长之间的矛盾日益突出，特别是对于低轨长期处于测控不可见弧段运行，其自主生存需求更为急迫，而星务自主控制功能是实现自主运行和生存的重要组成.本文通过参数装订、逻辑子层和数据交互模块的架构设计，提出一种基于模型化配置的自主管理软件系统框架，并针对核心逻辑子层，建立遥控主动模型、遥测主动模型以及数据融合交互控制模型，实现星务自主管理软件的快速研制，解决自主运行功能常会随设计深入和试验验证不断功能扩展的问题，提高星务自主控制软件的灵活性.通过卫星故障检测和恢复(FDIR)自主管理功能的设计进行了验证.结果表明该软件系统设计框架能够满足星务自主控制功能设计，具备可扩展能力，为进一步提升卫星的智能化水平奠定基础.     

基于Agent的工程车辆综合控制与管理的研究

针对承担复杂作业任务的大型工程车辆与施工机械控制与管理的需求,提出了基于Agent的分布式网络控制系统.研究了基于智能控制Agent的工程车辆综合控制和管理的体系结构、组成部分、功能特性.采用网络控制系统的分层结构和多智能体的递阶结构完成整个系统的协作和信息交换,从而实现运动控制、任务规划与协调、状态监测、系统维护、故障诊断与容错等功能.指出若干Agent协调工作是这类系统的特征.所提出的体系结构已在大型施工机械和工程车辆上得到应用.      

地球同步轨道光学遥感卫星高精度高稳定度控制技术

介绍了我国新一代地球同步轨道光学遥感卫星控制系统的组成及技术特点，给出了关键部件的技术指标.描述了高轨遥感卫星在高精高稳快速机动、适应斜切遮光罩的全自主阳光规避、地速补偿以及高定位精度设计和实现的控制策略，给出的在轨实际数据遥测曲线验证了设计和实现的正确性，为我国后续更高分辨率地球同步轨道光学遥感卫星的发展奠定了坚实基础.     

高分七号卫星高精度控制技术与验证

高分七号卫星（GF-7）控制系统，一方面通过研制甚高精度星敏感器和高平稳度翼板驱动机构（SADA），提高部件性能指标；另一方面采用在轨参数标定、星地闭环补偿等控制技术，进一步提高系统性能。经飞行验证表明，控制系统实现了角秒级姿态测量精度，稳定度达到10-5(°)/s量级，与同类型测绘卫星控制系统比较，姿态测量精度和稳定度均达到中国领先、国际先进的水平，使中国遥感测绘卫星控制能力得到了大幅提升。最后展望了GF-7卫星控制分系统进一步提高控制精度的发展方向。     

基于ActiveX的多Agent自主运行仿真系统

针对面向分布式航天器系统应用的多Agent自主运行系统仿真的需求,设计了分布式的自主运行仿真系统AgSimu.提出了以ActiveX组件来实现各种类型Agent的方法,以ActiveX容器应用程序实现Agent容器,完成对Agent的建模、配置、管理和通信,可以方便地构建不同结构的分布式多Agent组织,仿真它们的交互与协同工作.通过在Matlab/Simulink的S函数中使用ActiveX控件,实现了多Agent仿真系统与Simulink中的对象模型进行交互,从而可以实现多Agent自主运行系统的闭环控制仿真.     

基于固定优先级航天器任务分层调度研究

在航天器自主控制结构中, 采用分层结构构建系统, 实现不同分组的软件互不影响执行. 针对固定优先级调度模型, 通过对分区可调度性和分区设计问题进行研究, 仔细考察了任务最大响应时间迭代计算过程, 提出了一种更为精确的求解算法; 在固定优先级任务利用率上限的基础上, 给出了分区任务可设计的判定条件; 通过利用价值函数, 给出了分区参数解析模型, 在此基础上, 提出了一种局部最优的设计方法来实现整个处理器的分区设计, 通过具体实例对所提出的分区分析和设计方法进行了验证.      

高速缓存影响的航天器控制软件调度设计方法

针对高速缓存引起的程序执行时间抖动对航天器控制软件任务调度造成的困难,提出一种基于循环调度的调度设计方法,该方法利用任务程序执行时间的概率分布设计具有不同可靠性的系统模式,通过模式切换,使处理器得到充分利用,同时能够提供一定的可靠性保障,为航天器控制软件的任务调度提供参考.     

航天器可应用实时以太网分析

在航天器上应用以太网的目的是借助以太网的灵活性, 获得方便 的通信接入及数据传输的高带宽, 并且能适应控制领域通信的实 时性和确定性. 实时以太网的确定性、通信调度机制和传输特征是其满足航天器网络通信特性需求的主要判定依据. 通过分析航天器数据通信特点, 对比实时以太网通信调度策略, 得出应用于航天器的实时以太网应具备时间同步、强实时性、确定性、高带宽、多数据类型、双通道冗余及兼容标准以太网等特征.      

航天器控制的现状与未来

航天器控制技术是决定航天器发展水平的关键技术之一.针对不同航天活动对航天器控制的特殊要求,分析了高性能卫星、载人航天器、月球探测器和深空探测器等航天器控制的现状.杨嘉墀院士指出航天器控制必将走向智能自主控制之路.进一步提出,航天器智能自主控制应秉承"理论方法、系统结构、器部件要同步研究"的思想和方法.从目前应用情况看,北京控制工程研究所提出的基于特征模型的智能自适应控制方法是大有前途的方法.     

基于开放式结构的航天器控制系统测试技术研究

介绍了国外先进的基于开放式结构的测试技术,总结分析了中国航天器控制系统测试技术的现状和存在的问题.提出了一个基于开放式结构的航天器控制系统的测试系统实施方案,阐述了该系统所采用的各项关键技术,并提出了后续工作的设想.     

Nonlinear attitude tracking control for spacecraft formation with multiple delays

This paper addresses the attitude tracking control for spacecraft formation with delay free and communication delays. With help of the idea of sliding control, an adaptive attitude synchronization control architecture is established. Furthermore, by introducing a nonsmooth feedback function, a new class of nonlinear controllers for the attitude tracking of spacecraft is developed. Both parameter uncertainties and unknown external disturbances are dealt with via the kind of controllers. Finally, some simulation results are given to demonstrate the effectiveness and advantages of the proposed results.     

基于模型架构的航天器控制软件研制方式研究

开展基于模型设计研究，旨在解决当前航天器控制软件研制所面临的需求描述准确性、设计验证充分性以及软件产品可靠性等问题.针对基于模型设计过程中的代码胶合接口复杂且操作繁琐问题，提出一种基于模型架构的航天器控制软件研制方式，搭建软件模型驱动框架，通过模型封装方式将既有代码资产或新编写代码嵌入到软件模型驱动框架，简化代码胶合过程.同时，建设航天器控制领域通用模型库来提高成熟算法模型的复用效率及自动生成代码可靠性.本方法研究为推进航天器控制软件向模型驱动开发方式转变夯实基础.     

基于云计算的航天器控制系统自组织体系结构

针对目前航天器控制系统中计算单元冗余备份过多但系统动态效能不足的问题,提出一种航天器控制系统自组织体系结构,通过高速对等网络将系统建立在云计算的基础上,取消单节点的冗余备份,以系统整体能力为单个节点做备份,当出现节点故障时动态迁移其程序和数据到其他正常节点以继续其功能,从而实现系统在故障时计算体系的动态聚合重构.     

基于非线性干扰观测器的航天器相对姿轨耦合控制

针对带挠性附件的服务航天器在近距离逼近失控目标航天器时的控制问题，考虑由于推进安装偏差导致的姿轨耦合，通过选用相对位置和相对姿态四元数作为状态向量，建立了服务航天器与失控目标航天器的相对位置和姿态动力学方程。考虑服务航天器的挠性附件影响，挠性振动可以视为位置和姿态控制系统微分有界的干扰。基于反馈线性化方法提出了非线性反馈控制律，设计了非线性干扰观测器，用于补偿可建模干扰，并基于所提非线性反馈控制律和非线性干扰观测器设计了复合控制器，其中非线性干扰观测器用于补偿挠性附件产生的干扰。数字仿真及半物理实物闭环验证表明，利用所设计的复合控制器能够有效补偿干扰，同时在对失控目标航天器跟踪时具有很好的鲁棒性。      

基于ECSS标准的航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议设计

摘要： 国内外航天器姿轨控系统广泛应用基于1553B内总线的体系结构.针对国内航天器姿轨控系统内部1553B总线数据协议不统一带来的可集成性、可扩展性和通用性差的问题，本文设计了基于ECSS标准的姿轨控系统内1553B数据总线协议，从姿轨控系统内部总线数据业务需求分析出发，提出了四层结构的数据协议体系结构，重点介绍了在应用支持层和链路服务层应用ECSS标准的总线协议设计，并说明了协议的应用情况.应用该国际通用的标准协议，有助于实现国内航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议的标准化，进而提升姿轨控系统体系结构的可集成性、可扩展性、以及星载设备(含软件)的通用化.