鲁棒干扰解耦问题的几何方法

本文研究了有限离散扰动系统的鲁棒干扰解耦问题(RDDPD)。建立了I_k(A_i,B_i)—不变子空间和I_k~F(A_i,B_i)—不变子空间两个新的几何概念,并给出了这两种子空间集合的最大元(Supremal element)的几何描述。它们是Wonham(A,B)—不变子空间概念的一般化。主要结果表明:这两个新概念在RDDPD的求解中是非常重要的。文章最后还讨论了连续扰动系统的鲁棒干扰解耦问题(RDDPC),揭示了RDDPD与RDDPC之间的关系。     

柔性关节空间机器人基于柔性补偿的模糊鲁棒滑模控制及柔性振动主动抑制

针对参数不确定的漂浮基柔性关节空间机器人系统,研究了其动力学建模过程、运动控制律设计及柔性振动的主动抑制.利用系统动量、动量矩守恒关系和拉格朗日方程建立了系统的动力学方程.为克服传统奇异摄动法仅适用于关节弱柔性系统这一局限性,设计了柔性补偿项来等效提高空间机器人系统中柔性关节的刚度.在此基础上,利用奇异摄动法将系统分解为相互独立的慢变子系统和快变子系统,并分别进行控制律设计.所设计的慢变子系统模糊鲁棒滑模控制律可补偿系统中的不确定参数,减小柔性关节引起的转角传动误差,实现系统期望运动轨迹的渐近跟踪;快变子系统控制律可主动抑制柔性关节引起的系统柔性振动.仿真实验结果证明了该混合控制律的有效性.      

面向未知目标的柔性关节空间机器人滑模控制

针对载荷捕获的空间机器人控制问题，同时考虑机械臂关节柔性和非合作目标质量未知等因素影响，提出一种基于目标质量观测器的滑模变结构控制方法.首先，针对空间非合作目标质量未知问题，设计基于改进的最小二乘迭代算法实现对非合作目标质量在线辨识.进而，采用拉格朗日方法和动量矩守恒原理，建立漂浮基座柔性关节空间机器人动力学模型；针对动力学模型中刚柔耦合特性，基于奇异摄动理论将系统模型近似地分解为快慢变子系统；针对慢变子系统，设计滑模变结构控制器来保证系统的鲁棒性和动态特性；针对快变子系统，设计基于速度差值的反馈补偿控制算法，抑制柔性关节产生的残余振动，保证控制精度.最后，实验分析了快慢变子系统各自的作用机理，验证了控制方法有效性.     

全柔性空间机器人基于虚拟力的输出反馈有限维重复学习控制及振动抑制

探讨了基座、关节、臂均存在柔性情况下，空间机器人关节轨迹运动及多重柔性振动的主动控制和主动抑制问题.结合线性弹簧、扭转弹簧、简支梁及假设模态法，利用拉格朗日方程建立了基座、关节、臂全柔性影响下的空间机器人系统动力学模型，利用奇异摄动法，将模型分解为关节运动慢变子系统与关节柔性振动快变子系统.为控制慢变子系统中载体姿态、关节刚性运动并且抑制臂的柔性振动，依据虚拟控制力的概念，设计了基于有限维傅里叶级数解析周期信号的输出反馈重复学习算法.李雅普诺夫直接法证实了上述控制器的稳定性.为了抑制快变子系统中基座和关节的柔性振动，分别采用线性二次最优控制方法以及引入关节柔性补偿器间接增大关节等效刚度的方式，使控制算法不局限于求解弱非线性问题.系统数值仿真结果表明，所提出的控制器能够有效抑制机器人多重柔性构件的振动，实现对期望信号的高品质追踪.      

1991年6月地磁扰动—地面和同步高度特征

给出了1991年6月地磁扰动的地面和同步高度特征及引起这些扰动的可能的源.在长达近对天的扰动过程中，出现四次主相强度不同的磁暴和多次强急始，有的磁暴由多次扰动迭加而形成形态复杂的复合型磁暴·同步高度Hq分量多次出现反相.这些特征很可能主要是对广大的行星际空间多个高速度高密度结构的响应，这些结构有时伴随大尺度强南向磁场分量.     

大气波动监测仪在岩石圈-大气层-电离层研究中的应用

针对北京大学空间物理与应用技术研究所研制的两台大气波动监测仪近三年的观测数据,对这一时段内所观测到的重力波和次声波周期尺度扰动的形态特征、谱结构特征及其在时间分布上的统计特征进行了分析. 给出了几例雷暴、地震等事件中观测到的大气扰动,并揭示了这些事件期间观测到的与地面大气扰动周期尺度相类似的电离层扰动. 结果表明,北京大学研制的大气波动监测仪可有效记录到地面的微弱大气扰动,观测数据可用于进行岩石圈-大气层-电离层之间的耦合研究.      

具有外部扰动及不确定系统参数的漂浮基空间机器人关节运动的增广鲁棒控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机器人系统的鲁棒控制问题. 利用拉格朗日方法及系统动量守恒关系导出了漂浮基空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程, 以确保得到的系统动力学方程关于一组适当选择的组合惯性参数呈线性函数关系. 在此基础上, 借助增广变量法针对末端爪手所持载荷参数存在不确定的情况, 提出了对外部扰动具有鲁棒性的漂浮基空间机器人关节空间轨迹跟踪的拟增广鲁棒控制方案. 所提控制方案由于充分利用空间机器人系统动量守恒关系, 消除了动力学方程中载体位置相关量, 因此具有不需要测量、反馈载体的位置、移动速度和移动加速度的显著优点; 且由于对系统不确定参数及外部扰动始终采用保持鲁棒性的方式而非在线估计的方式, 有效减少了计算量, 因此更适用于机载计算机运算能力有限的空间机器人控制系统实时在线应用. 一个平面两杆空间机器人系统的数值模拟仿真, 证实了方法的有效性.      

带有附加扰动的系统族的鲁棒镇定

考虑线性不确定系统的鲁棒镇定问题,系统的不确定性由参数摄动和附加扰动组成。系统的参数摄动采用凸边界系统族的方法描述,给出了该系统可鲁棒δ－镇定的一个充分条件,基于这个结果将不确定系统的鲁棒δ－镇定问题转化为一个优化问题,并且进一步证明了该优化问题是凸的,因此其任何一个局部最优点也是全局最优点。算例说明了该方法的有效性。     

任务空间内空间机械臂的自适应控制

对于本体资态受控而位置不受控的空间机械臂系统,在任务空间内给出了一种自适应控制算法;证明了当系统存在参数不确定时,该算法不但可以保证末端执行器任务空间内位置轨迹跟踪误差的渐近收敛,而且还可保证关节空间内角偏差及角偏差速率的渐近收敛;仿真结果验证了算的有效性。     

飞轮扰动原因与测量技术现状

飞轮是高精度航天器姿态控制的主要干扰源之一. 分析了引起飞轮产生扰动的主要因素, 详细介绍了美国航空航天局哥达德空间飞行中心、日本宇宙航空开发机构筑波空间中心、美国麻省理工学院空间系统实验室以及中国科研单位在研究中采用的飞轮扰动测量技术, 为进一步开展飞轮扰动测量技术研究奠定了基础.      

基于全景子空间的尺度不变特征跟踪方法

提出一种基于全景子空间尺度不变特征跟踪方法,包括离线阶段建立全景图像与原始图像序列特征集对应关系和在线阶段基于关键图像识别的特征匹配等过程.首先利用全景图充分覆盖局部场景信息特性,通过扩展Kd树组织全景图特征并建立其与原始图像序列特征对应关系,不但解决了图像间特征对应,而且能够有效减少全景图冗余特征量,提高首次特征匹配速度.然后给出一种基于投票策略的关键图像识别方法以进一步完成二次特征匹配,从而将多图像大数据量特征匹配转换为单图像小数据量特征匹配目标,较好实现了特征匹配速度与稳定性的平衡.试验结果表明本方法能够有效增强特征跟踪的稳定性.      

低成本多小天体并行交会技术

小天体资源开发方兴未艾,为降低开发风险和成本,需要发射无人探测器交会观测多个待选目标小天体。传统多目标探测方案存在无法多次交会、成本高,周期长等不足。提出的低成本多小天体并行交会技术,能够对多小天体探测任务进行解耦,实现基于微纳飞行器的低成本多目标并行交会勘查,从而降低探测成本,缩短探测周期。该技术结合行星借力与不变流形机制构建了低能量星际转移方案。然后引入扰动流形思想,使微纳飞行器能够实现与目标小天体的快速交会。进一步,提出了一种多目标小天体探测全局搜索方法,该方法基于在日地halo轨道上停泊的微纳飞行器集群,逐次确定小天体探测目标,并利用上述方法完成了多微纳飞行器与多小天体的交会。数值仿真结果表明,该方案能够大幅度降低转移过程的燃料消耗,并缩短转移时间。     

小波模拟退火-软阈值SAR图像降噪算法

提出了一种新的SAR(Synthetic Aperture Radar)图像降噪方法,利用小波变换对空间位置信息保留的特性,依据小波变换后近似图像仍满足吉布斯分布,将模拟退火算法引入到小波域中,首先,根据SAR功率图像斑点的特性,对传统的同态变换方法做出了相应的修正,大大降低了处理结果的辐射偏差,提高了等效视数,然后在多分辨率理论和小波变换理论基础上,选用适合特定图像的最优小波基进行分解,最后对小波变换后的近似图像进行模拟退火处理,对各个细节图像有选择地进行软阈值处理.实验证明,此方法比传统的小波降斑取得了更好的平滑效果,比传统模拟退火大大减少了处理的时间,同时对图像的辐射精度的保持,斑点的抑制,以及边缘保持都有较满意的结果.      

近圆低轨卫星星座相位保持方法

主要研究无轨道高度保持要求的近圆低轨卫星星座相位保持方法.首先根据轨道摄动理论，推导了考虑J2摄动和大气阻尼摄动的卫星相位漂移模型，分别给出基于固定基准星和基于虚拟基准星的相位偏差两种表达方法.在此基础上，按照星座各星轨道衰减一致和不一致两种情况，分别提出两种表示方法理论的和考虑实际控制误差的相位保持策略.通过一个walker星座仿真算例验证了两种方法的有效性.仿真结果显示，两种方法在各星轨道衰减一致和不一致两种情况均可有效完成相位维持任务，当各星轨道衰减一致时两种方法在控制次数和控制总量上无明显差异；在各星轨道衰减不一致情况下，基于固定基准星的相位保持策略更优.     

陀螺仪运动的复杂性

建立了外环轴水平放置的重力对称陀螺仪的运动方程.并将陀螺仪转子的质心位置作为扰动, 在一定条件下, 首先研究了自由陀螺仪的运动, 并给出力学意义解释; 然后利用Melnikov方法和KAM理论研究了非自由陀螺仪的运动.研究结果表明: 在陀螺仪转子的质心与支架中心不重合且充分接近, 或陀螺仪能量充分大时, 陀螺仪的运动出现Smale马蹄意义下的混沌; 同时它的Hamiltonian流存在KAM不变环面和不变闭曲线.      

一般非线性系统的鲁棒输出调节

对未扰零误差流形与受扰零误差流形进行了定义，讨论了两者的关系，给出了保证受扰零误差流形与未扰零误差流形的差有界时，系统所受的状态扰动应满足的条件；分析了受扰零误差流形上的输出调节，给出了受扰零误差流形上的输出调节误差满足指定性能指标时，系统所受的输出扰动应满意的条件。     

偏最小二乘回归模型内涵分析方法研究

偏最小二乘回归是一种新型的多元分析方法。它可以在自变量多重相关的条件下,有效地构造出对系统解释性最强的子空间,进行发建模,使模型的精度和可靠性得到很大的提高。本文提出采用因素分析方法,对偏最小二乘回归的最优子空间进行正交变换。这种变换方法对偏最小二乘回归的模型结果没有任何影响,却可以使最优子空间的实际含义得到更好的解释。案例研究表明,经过正交变换后,原始变量被分为若干变量组,每个变量组分别对应于最     

倾斜同步轨道卫星交叉点位置演化及保持

倾斜同步轨道(IGSO)卫星交叉点位置在各种轨道摄动因素和入轨偏差的共同影响下,其交叉点位置会在赤道上发生漂移,这种漂移将导致服务区域的漂移,从而影响系统的性能,因此IGSO卫星需要进行定期的交叉点位置保持来保证服务的稳定。对IGSO卫星交叉点位置的演化和保持问题进行了深入的研究,首先,讨论了IGSO卫星交叉点位置的演化规律,给出了在地球非球形引力、日月引力摄动以及卫星入轨偏差作用下的交叉点位置的演化公式,并分析了公式的精度;接着,在对交叉点位置演化规律的分析基础上,进一步讨论了IGSO卫星交叉点位置保持策略。     

基于电推进卫星飞往Halo轨道的转移轨道研究

利用电推进及轨道力学的特性实现节能优化,将限制性三体问题中的稳定不变流形与小推力轨道优化相结合,研究全电推进卫星从地球停泊轨道飞向日地拉格朗日L2点Halo轨道的低消耗转移轨道.航天器的转移轨道分为逃逸段、拼接段与无动力滑行段.在逃逸段卫星沿速度方向加速脱离地球引力,拼接段采用Radau伪谱法进行优化,使航天器以最短时间到达目标Halo轨道的稳定不变流形上,随后航天器电推进系统关机,沿稳定不变流形无动力滑行至目标轨道.基于雅克比积分常数给出拼接段轨道初始猜测值,以先提高切向方向航天器能量避免了全程优化离散点过多难以求解的问题.仿真结果表明,该方法收敛速度较快,对平动点工程任务的初期轨道特性计算具有实际意义.