改善航天器反作用轮扰动实验模型参数的辨识方法

反作用轮系统是影响航天器姿控系统精度的主要扰动源之一.建立反作用轮扰动模型的目的是预测扰动对航天器产生的影响,并采取相应的控制方法和隔离系统.基于反作用轮的扰动实验模型,通过对反作用轮扰动实验数据的分析,确定出反作用轮扰动实验模型中的参数:谐波数和幅值系数,并在此基础上提出了能量补偿法,最后进行了数值仿真.结果表明,谐波数的辨识精度不超过0.04%,当采用振幅谱法计算幅值系数时,误差高达15.5%;而用能量补偿法,其幅值系数的精度不超过1.1%.可见能量补偿法提高了幅值系数的辨识精度.本文研究为改善航天器姿态控制精度和稳定度奠定了一定的基础.      

一种抑制反作用轮低速摩擦对卫星姿态扰动的方法

在现代卫星的姿态控制系统中,反作用轮得到了广泛应用。但是当反作用轮的转速过零时,摩擦力矩会对卫星的姿态产生较大影响。本文采用基于特征模型的黄金分割自适应控制方法,建立了包括反作用轮在内的卫星系统的特征模型,并由此设计了控制律。仿真结果表明,该方法可以有效抑制反作用轮低速摩擦对卫星姿态的扰动,从而可以提高卫星姿态控制精度。     

基于遗传算法的柴油机喷油系统模型参数辨识

柴油机喷油系统中压力的变化会引起气泡的产生和溃灭,而气泡的变化会对燃油的流动和压力波的传播产生影响.为了更准确预测喷油系统中的初始含气率以及变化情况,提出了应用改进遗传算法对柴油机喷油系统模型中的柱塞腔、出油阀紧帽腔、高压油管和针阀腔初始含气率进行辨识的新方法.基于气泡模型,建立了气-液两相条件下的柴油机喷油系统模型,通过仿真数据和试验数据对比,构造了适应度函数,实现了对柴油机喷油系统模型的参数辨识,并得到了参数优化后的柴油机喷油系统模型.仿真结果与试验数据的比较验证了采用改进遗传算法对气-液两相条件下的柴油机喷油系统模型进行参数辨识的可行性.     

考虑耦合效应的动量轮扰动测量

动量轮微振动是影响卫星姿态控制精度的重要因素.测量动量轮扰动的目的是掌握其扰动规律,进而采取相应的控制方法和隔离技术.由于动量轮的扰动频带很宽,扰动会与测试台的固有频率产生耦合.应用"动质量测试法"来定量地考察测试台刚度对扰动力测试的影响,并建立动量轮的力学模型,以得到不受影响的纯扰动.设计两种不同刚度的测试平台进行扰动测试.应用放大系数对测试结果进行修正,得到消除测试平台刚度影响的测试结果并进行比较.比较结果表明:动质量测试与理论建模结合法能够得到测试台的刚度对测试结果的影响.      

改善反作用轮低速性能的补偿观测器方法

基于Ｄａｈｌ摩擦模型,给出了用于卫星姿态三轴稳定控制的反作用轮低速动力学方程,就反作用轮转速过零对卫星姿态产生的扰动现象进行了分析,提出了一种利用非线性观测器估计摩擦力矩,并予以补偿的补偿观测器方法。仿真结果表明,该方法改善了反作用轮低速性能,提高了卫星姿态控制的指向精度和稳定度。     

面向InSAR的空气扰动影响机翼挠曲变形建模

针对多节点InSAR机翼挠曲变形误差问题，提出了一种基于机理模型综合参数辨识的方法对空气扰动影响机翼挠曲变形分层建模。首先，将大气湍流作为InSAR成像工作段的主要空气扰动，并基于Dryden模型分析得出了载机工作高度和速度是影响大气湍流的主要因素，将大气湍流影响机翼挠曲变形建模转换为载机在不同工作状态（高度变化、速度变化）的机翼挠曲变形分层建模。其次，基于空气动力学理论及悬臂梁变形理论建立机翼挠曲变形机理模型，借助计算流体力学与计算结构力学仿真分析获取实验数据辨识模型参数。最后，通过仿真实验验证，所提方法与模态叠加原理计算横向位移精度均优于0.6 mm（相对误差0.3%），轴向位移精度均优于0.015 mm（相对误差0.2%）。对实验室搭建的分布式光纤光栅测量系统进行测试，利用模态叠加原理计算变形量来验证所提方法，横向位移精度优于0.3 mm（相对误差1%），轴向位移精度优于0.06 mm（相对误差3%）。      

反作用轮主被动隔振器的复合控制研究

反作用轮的微振动会对高精度成像载荷产生不利影响,利用隔振器进行隔振是解决该问题的有效途径.针对基于压电堆的主被动反作用轮隔振器,本文为主动隔振级设计内、外环的复合控制系统.内环采用PI控制器,补偿压电堆轴向位移输出的迟滞非线性;外环采用由解耦器与模型匹配H∞控制器串联而成输出反馈控制器,通过提高闭环系统的阻尼,抑制三个方向的扰动加速度输出;以反作用轮稳速、升速两种工况为例,通过实验验证主动隔振方案的有效性.相比于被动隔振.实验结果表明:当转速为1 500 rpm和3 000 rpm时,扰动输出进一步衰减约20%;升速工况下,三向加速度输出能量密度最大的分量,分别衰减17. 4%、21. 1%和11. 2%.     

改进型LuGre模型的负载模拟器摩擦补偿

分析了摩擦对电液负载模拟器跟踪性能的影响,针对传统基于LuGre模型固定参数补偿方法,综合大量摩擦实验及叶片式液压马达摩擦特性,提出了最大动静摩擦力矩可变的改进型LuGre摩擦模型,并进行了参数辨识,在此基础上根据结构不变原理,分析设计了前馈补偿器.实验结果表明:基于改进型LuGre摩擦模型的前馈补偿器有效抑制了摩擦对加载性能的影响,提高了力矩跟踪精度及消除多余力水平,也验证了改进型LuGre摩擦模型的有效性.     

基于扩张状态观测器的无拖曳系统参数辨识

分析了卫星无拖曳控制系统的在轨参数辨识问题,由于无拖曳系统的不稳定性质,需要设计控制器使其稳定,在此基础上进行闭环辨识.根据自抗扰控制原理,设计了扩张状态观测器以估计系统不同控制回路的扰动和状态,基于状态和扰动估计值设计控制器使系统稳定.提出了基于扩张状态观测器（ESO）的多输入多输出系统闭环参数辨识方法.为提高实际应用中的辨识效果,引入积分型滤波器对观测状态中的噪声进行抑制.将这种方法应用于类似LISA Pathfinder的单轴无拖曳模型,对系统动力学参数进行估计,通过数值仿真实验验证了该辨识方法的有效性和实用性.      

解决排班问题的多目标优化模型及算法研究

为提高排班结果的准确性可靠性,提出了排班问题的多目标优化模型,并应用改进的基于信息熵的自适应遗传算法求解模型的最优解.同时引入分割集和模拟退火算法的思想进行优解的选择.通过对航空公司机组排班问题的仿真比较,模型的正确性和先进性得到了验证.      

基于会切场推力器无拖曳系统建模及参数优化

随着卫星重力测量技术的突破性进展,对航天器试验环境要求也在不断提高,航天器受到的残余扰动必须尽可能减小。作为中国将来重力场测量卫星备选主推力器的会切场推力器,其推力器的控制精度直接决定了测量的准确性。文章首先通过PID方法设计了位移模式下的无拖曳控制器,该控制器在预估阻力系数、参考质量与卫星本体的位移差、速度差等性能方面有良好的表现,在应对卫星运行时的突发情况时表现出很强的稳定性。但PID参数没有达到最优解,在此基础上对于该模型的控制精度进行优化,用遗传算法对PID控制的参数进行筛选。结果分析表明,会切场推力器的控制精度有所改善,NTW方向上的速度和位移误差均减小;推力阻力和显著减少;控制精度提高,更好地满足使用需求。     

基于随机森林的航天器电信号多分类识别方法

针对航天器电特性信号数据存在数据量大、特征维数高、计算复杂度大和识别率低等问题,提出基于主成分分析(PCA)的特征提取方法和随机森林(RF)算法,对原始数据进行降维,提高计算效率和识别率,实现对航天器电信号数据的快速、准确识别分类。随机森林算法在处理高维数据上具有优越的性能,但是考虑到时间复杂度问题,利用主成分分析方法对数据进行压缩和降维,在保证准确率的同时提高了计算效率。实验结果表明:与其他算法相比,针对航天器电特性信号数据,本文方法在准确率、计算效率和稳定性等方面均显示出优异的性能。     

组合航天器转动惯量在轨两步辨识标定

在轨辨识转动惯量参数是主动航天器与非合作空间目标构成组合体后实现高精度姿态控制的重要前提,文章提出了一种两步在轨辨识组合航天器转动惯量参数的方法。第一步以航天器本体坐标系滚动轴转动惯量为基准将转动惯量矩阵归一化,得到特殊的转动惯量比矩阵,建立与其相关的姿态动力学模型,提出了基于扩展卡尔曼滤波的在轨辨识算法,基于星上陀螺角速率测量信息在100s左右辨识出所有转动惯量比参数,克服了由于模型简单导致转动惯量信息辨识不完整的缺点;第二步基于第一步辨识得到的转动惯量比参数,采用最小二乘算法辨识得到滚动轴转动惯量值,计算量小,消耗能量少。最后给出仿真算例,辨识精度基本在1|之内,验证了方法的有效性。     

基于深度学习的航天器组合体惯性参数在轨智能辨识

针对在轨服务过程形成新组合体的动力学参数未知的问题,借助深度学习在多参数寻优上的优势,提出了一种基于卷积神经网络的智能参数辨识算法,实现在外力作用下,线动量和角动量不守恒条件下的航天器组合体多参数辨识。利用卷积神经网络权值共享的特点,设计4层卷积神经网络,通过短时间内对大量特定存储形式的状态数据的训练,实现航天器组合体多参数快速高精度辨识。利用数学仿真试验对算法的可行性进行验证,结果表明：在24s内,质量与质心位置收敛;1190s内,惯量参数收敛,辨识精度在3%以内。说明所提方法在外界随机干扰力和力矩影响下能准确快速辨识出航天器组合体质量、质心位置和惯量矩阵。     

动量轮微振动机理及仿真

动量轮是卫星等航天器姿态控制和精度保持的关键机械部件,其微振动严重影响卫星姿态稳定度和成像精度。动量轮的非均匀、非连续几何构形和旋转效应会引起结构系统的参数激励和载荷激励。针对具有非均匀力学特征参数的动量轮结构系统动力学模型,通过分析动力学方程中各矩阵参数的扰动,进行动量轮微振动机理的研究。仿真和试验结果表明:动量轮结构系统内部存在基频和高频激励,其中基频主要来自支点动载荷,高频来自轴承碾压作用;轮缘的局部振动会随转速形成前后行波。      

基于混合遗传算法车间多工艺路线批量调度

结合启发式分派规则和模拟退火算法,给出了改进的遗传算法——遗传退火算法(GASA,Genetic Algorithm-Simulated Annealing Algorithm).该算法采用新型POX交叉算子,通过结合模拟退火算法,有效地避免了基本遗传算法解决车间调度早熟的问题,并通过实验验证了该算法的有效性.基于GASA研究了航空复杂产品制造车间中,考虑生产批量、生产转换时间、允许多设备加工路线的车间静态与动态调度问题,分析并验证了不同分批方法对考虑以上因素的车间生产调度结果的影响.该算法已应用到某航空车间生产计划与控制系统中.      

小型涡扇发动机燃油控制规律

以小型涡扇发动机DGEN380燃油控制规律为研究目标,使用解析法基于MATLAB平台建立其整机部件级稳态及动态数学模型并进行仿真计算。在旋转部件建模过程中使用工具获取特性数据,并绘制可以即时显示当前工作点/线的部件特性图;在稳态仿真时使用Newton-Raphson法和遗传算法2种方法求解发动机工作方程组,并对二者进行评估对比,针对遗传算法在发动机模型求解过程中的局限性对一般基础模型进行优化改进;在动态仿真时,采用欧拉法计算微分项。基于模型分析发动机燃油控制规律,并以发动机高度特性为例进行仿真计算。试验结果表明:Newton-Raphson法具有高精度和高速度,改进模型后遗传算法具有更好的适应性,模型及燃油控制规律的仿真结果较好地符合试验数据和理论趋势,对比误差小于3%。