容错控制系统的可靠性建模及模型化简

在容错控制系统的设计过程中,进行系统的可靠性建模和分析求得容错控制系统可靠性是一项非常重要的工作。它是许多设计工作,如设计方案的选择优化和一些设计参数的确定等的重要理论依据。在容错控制系统的可靠性分析中,利用马尔柯夫过程理论对容错控制系统进行可靠性建模能够较为真实地描述系统的实际工作情况,但是由于容错系统为了达到高可靠性而有采用了大量的冗余配置及重构技术,使得该可靠性模型往往变得相当复杂。因此,对     

基于马尔可夫链的空间站推进1553B通信系统可靠性分析

推进功能的正常实现为空间站长期在轨运行提供重要保障。1553B通信系统作为推进功能的重要组成部分,承担着推进系统与外界进行数据交互的任务,其可靠性设计至关重要。为提高1553B通信系统可靠性,分别对包含数据隔离芯片在内的远程终端及其处理器进行双余度冗余设计。本文通过建立故障树对1553B通信系统可靠性进行分析,并引入平均无故障时间、可靠度等定量指标,基于马尔科夫链建立可靠性模型进行定量计算。结果表明,1553B通信系统平均无故障时间增加1.947倍,可靠度增长3.89%,故障概率则下降超98%,由此验证了双余度冗余设计能够有效地提升1553B通信系统的可靠性。     

非合作目标拖拉式对接机构设计与分析

针对非合作目标对接技术的要求和特点,提出了一种以卫星远地点喷管为对接接口的非合作目标拖拉式对接机构方案。设计了拖拉式对接机构的具体结构并建立其三维CAD模型,根据此模型,对机构进行了包络范围的求解;使用ADAMS软件对机构进行了动力学仿真,分析了对接过程中目标星与机械臂的动态特性,分析了对接过程中捕获力与关节受力情况。计算与仿真结果表明,提出的对接机构能够对目标进行有效、可靠的对接捕获,碰撞接触力小于280N,不会造成本体及目标的破坏。与以往对接机构相比,此拖拉式对接机构具有结构简单、可靠性高、捕获范围大、控制方法简单等优点,且机构受力合理,适合作为空间非合作目标对接的捕获装置。     

空间站柔性机械臂辅助舱段对接动力学分析

为验证空间站柔性机械臂系统在有初始位置、姿态误差的情况下能否成功完成辅助舱段对接任务,文章建立了空间站柔性机械臂辅助舱段对接动力学模型,模型考虑了对接机构的接触碰撞,依据关节精细动力学模型、力矩控制方法和阻抗控制程序进行了空间柔性机械臂辅助舱段对接过程仿真。仿真结果表明,当关节输出端位置测量精度为17位时,依靠阻抗控制的方法,空间柔性机械臂在主动舱存在最大位置误差150mm,最大姿态误差2.5°的情况下仍能完成对接;对接成功后,空间柔性机械臂系统控制力迅速下降,仍然能较好地保持构型,不会影响对接舱段的安全。     

一种长寿命、高可靠、高精度卫星姿态控制用惯性执行机构

介绍一种由4个15 N.m.s动量轮组成的惯性执行机构.该机构动量轮特有的轴系及其润滑系统设计赋予机构长寿命、高可靠、高精度的特点.机构本身的冗余设计思想和四动量轮高速偏置工作并组成整星零动量的工作模式进一步提高了机构的可靠性和高的控制精度.本机构在"中-巴,,合作研制的"资源1号"卫星中使用取得了成功.卫星已在轨工作超过2年半,从末发生故障而且有望再工作一年以上.卫星指向精度优于0.1(°),指向速率稳定度优于0.001(°)/s.     

“联盟”号飞船同空间站对接

<正>3月28日晨,在因技术问题而未能以快速对接模式在发射后约6小时就同国际空间站对接后,俄罗斯联盟TMA12M载人飞船同空间站顺利对接。飞船是在3月26日发射升空的,原拟在升空约6小时、绕地球飞行4圈后就同空间站交会,其间船上的火箭发动机需准时进行一系列的点火工作。但第三次点火工作因飞船姿态指向略有偏差而未能进行,导致交会     

苏联公开暴风雪号航天飞机与和平号空间站的对接机构

1990年5月,苏联科学院空间研究所接待了美国航空宇航学会(AIAA)代表团,还让代表们参观了苏联暴风雪号航天飞机与和平号空间站的对接机构。苏联称,1991年的第二次暴风雪号航天飞机的飞行将和第一次(1988年11月)的无人自动飞行任务相同,这是第二架暴风雪号航天飞机。它将与和平号空间站对接,和平号空间站上的宇航员乘它可进行很多活动,是否能进行着陆飞行还未定论。苏联让美国代表团参观的对接机构,实     

基于直接冗余的轮控系统故障诊断及优化配置

闭环控制系统中的故障检测与诊断是目前卫星控制工程上急需解决的问题之一。由于故障传播等原因的影响，闭环系统中某一执行机构故障会对其它正常执行机构输出造成影响，因此很容易产生误判。轮控系统是卫星控制系统长期轨道运行模式中的主要执行部件，由于不断作机械运动，难免发生故障，若不及时处理，会给飞行任务带来严重影响。文章介绍了一种基于直接冗余的飞轮故障检测与隔离方法，对于冗余配置轮控系统，每个飞轮的力矩控制信号是按照飞轮的配置结构对三轴所需控制力矩进行分配而得到的，因此当飞轮工作正常时，飞轮的输出(转速变化率)之间会存在一致性。一旦这种一致性被破坏，即说明某一个飞轮发生故障，就要对其进行隔离。这种方法不需要对每个飞轮的力矩控制信号进行积分，减小了计算量。仿真结果验证该方法能够实时检测渐变故障，且不受闭环系统故障传播的干扰。最后还从故障检测性能方面对轮控系统进行了优化配置分析。     

空间太阳能电站分级分体式控制方式初探

空间太阳能电站具有大尺度、大柔性的结构特性,由于分段组装及模块化设计,其执行机构和敏感器又具有分散布设的特点。针对电站结构中电池阵对日定向、天线阵对地定向和天线阵型面保持等控制精度差距较大、控制难度不一致的任务需求,提出同时满足不同结构控制精度并能实现燃料最优的控制系统设计准则。通过分析超大尺度空间结构在环境力矩以及对接组装过程中出现的振动现象,说明了电站控制的特殊性。借鉴分布式控制、多操纵面控制、带有活动部件的多体航天器姿态控制等控制方法,提出了适用于空间太阳能电站姿态轨道振动一体化控制的分级分体式控制方式,给出一种利用结构物理隔断实现不同结构单元隔振减振的建议。将其应用于空间太阳能电站姿态轨道控制系统中,将有可能减小控制难度,减少燃料消耗,提升控制冗余。     

一种双基站低轨道区域覆盖δ星座设计

在双基站理论研究基础上 ,进行了定倾角区域性覆盖双基站δ星座设计 ,采用倾角为 41°的回归轨道 ,用点覆盖数值仿真的方法设计了对地面站与空间站的一重覆盖与二重覆盖下的星座构型。且星座中各星之间 ,各星与空间站之间均可建立星际链路 ,保证数据在空间站、地面站及星座之间连续传递     

运载火箭气液组合连接器动态自动对接技术

为实现未来重型运载火箭地面组合连接器与箭上接口的自动对接，提高发射准备流程安全性、可靠性，降低人员保障要求，开展了组合连接器自动对接的技术研究及总体策略分析，提出了由检测、智能控制、位姿调整系统组成的技术方案及非接触式检测+主动位姿调整+被动随动的自动对接策略，并开展了组合连接器自动对接试验系统研制，进行了组合连接器自动对接、低温加注、自动分离等全流程试验验证工作。结果表明:自动对接装置检测、智能控制、位姿调整等各项功能正常，自动对接策略准确、可行，解决了大载荷组合连接器在箭上接口大范围、高速运动条件下的自动对接难题，综合跟踪范围达±600 mm，综合跟踪速度达500 mm/s，各综合工况下完成自动对接时间约为3~5 min。      

面向小型自主航天器的锥-杆式对接机构锥面构型设计

对接锥是对接机构的重要组成部分,在碰撞过程中首先与主动对接机构相接触.比较小的锥角会造成系统在碰撞过程中发生剧烈振动,而比较大的锥角又会使系统的接触碰撞力增大,甚至造成对接失败.本文针对面向在轨服务的小型航天器上使用的锥——杆式对接机构,提出了新的对接锥型面设计目标;利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,仿真分析了对接机构碰撞后的运动学特性;通过研究对接锥的型面设计方法,得到了新型对接锥型面.研究结果表明,新型对接机构的整体性能满足设计目标要求.      

运载火箭三冗余飞行控制软件的数字仿真设计

提出了一种采用三冗余技术保证运载火箭飞行控制软件可靠性的设计方案,选择合适的冗余模式建立了三余度飞控软件的数字仿真平台,并给出了实现余度策略、同步算法等关键技术工程的软件流程。测试结果表明,该方案设计合理,不仅较好地完成了飞控计算机的余度管理任务,而且有效地保证了系统的可靠性与容错能力。     

基于代码自动生成的空间交会GNC系统仿真平台

空间交会对接GNC系统涉及目标器和追踪器两个航天器的姿态轨道控制,其数学仿真比一般的卫星更复杂.给出一种轨道动力学、姿态动力学、相对动力学、测量及执行部件等仿真模型的规范化方法,并在此基础上,提出一套基于代码自动生成技术的空间交会对接GNC仿真平台,该平台的模块化和自动化程度高、软件的可读性和通用性强,实现了两个航天器的快速规范化仿真,显著提高了研究人员的工作效率,为空间交会GNC系统的设计和仿真提供了良好的支持.     

四余度伺服机构可靠性试验方法研究

由于四余度伺服机构高可靠性、短寿命设计的特点,使基于大样本长时间的指数分布可靠性试验方法难以奏效.根据四余度伺服机构纯耗损的故障机理,对其可靠性试验方法进行了研究,提出了基于威布尔过程的可靠性试验及参数统计方法.在3个基本假设的基础上,对故障率逐步提高的纯耗损型产品在寿命末期进行工作点线性化处理,认为短任务时间内威布尔过程瞬时故障率可近似等于当前工作点的指数分布故障率,把威布尔过程可靠性试验与指数分布可靠性试验有机地结合起来.试验结果表明,基于威布尔过程的可靠性试验方法可以大大缩短试验时间,节省试验费用,为高可靠性机电产品的可靠性试验提供了一种有效的途径.      

基于BBR拥塞控制算法的空间环境数据传输系统

空间环境监测网需要通过广域网将海量空间环境数据从地面监测台站传输到数据中心.本文研究了TCP拥塞控制机制，采用BBR拥塞控制算法解决数据传输存在的问题.针对空间环境数据传输需求，设计了空间环境数据传输的工作流模型，建立了空间环境数据传输系统.实验证明该系统适于进行广域网链路上的空间环境数据传输.      

基于多传感器测量的航天器舱段自动 对接位姿调整方法

针对航天器舱段对接通常采用的手工操作方式效率低、精度差和可靠性难以保证的问题,研发了一种基于多传感器测量的舱段自动对接装置,其中舱体位姿的测量和调整是保证对接质量和效率的关键因素。提出了一种基于激光轮廓传感器和CCD图像传感器等多传感器协同测量的舱段六自由度位姿估计和调整方法。首先,采用激光轮廓传感器对舱体进行扫描,获取位姿三维点云信息,并采用改进的最小二乘法对被测舱段位姿进行求解;然后,通过CCD图像传感器获取舱段对接孔位置,通过圆拟合计算角度偏差,求解和拟合的结果将反馈至控制系统进行调姿和对接。采用Gocator 2350激光轮廓传感器及大恒MER-1810-21U3C工业相机进行舱体测量和对接实验,结果表明,舱体位姿调整精度和效率均达到对接要求。该方法结合了激光轮廓传感器的可靠性和机器视觉的灵活性,有效提高了自动对接系统的效率、稳定性和一致性,足以满足未来军用以及民用的需求。      

对接机构缓冲系统性能对对接过程的影响研究

缓冲系统的性能是决定对接过程的动力学特性、对接机构的性能以至对接成败的重要因素。在尚不具备试验条件的情况下,利用计算机对对接过程做动力学仿真是检验和校正所设计的缓冲系统性能参数、评定所设计的缓冲系统性能的有效方法。文章以具有机电混合缓冲系统的内翻式异体同构周边对接机构为研究对象,通过对对接过程的动力学仿真,着重研究了缓冲系统的性能对对接过程的影响。所得结论为缓冲系统的工程设计提供了依据。     

柔性机械臂辅助空间站舱段对接阻抗控制

空间机械臂辅助舱段对接过程中存在测量与控制误差,易导致对接机构间存在较大接触力,传统FMA (Force MomentAccommodation)控制方法在测量接触力时无法消除大负载惯性力对测量的影响,且测量仪器的引入会进一步降低空间柔性机械臂的刚度。为此,文章提出了柔性机械臂辅助大负载空间舱段对接的阻抗控制方法,采用拉格朗日法推导了空间机械臂的关节输入力矩方程作为前馈输入,建立了含动力学前馈的空间机械臂阻抗控制程序,并以在商业软件ADAMS中建立的空间柔性机械臂与对接舱段组成的系统动力学模型作为控制对象,对系统进行ADAMS灢Matlab联合仿真。仿真结果表明,按照此控制方法,系统可克服外力干扰使目标解析点按照期望的方式运动;同时,通过测量机械臂关节运动参数即可实现对外力的准确感知,而不需额外添加力传感器,既消除了大负载惯性力对测量的影响,也不会导致柔性机械臂刚度的降低。