中继卫星H∞姿态稳定控制研究

 主要研究中继卫星H_∞回路成形姿态稳定控制问题。中继卫星具有弱阻尼的柔性模态频率和晃动模态频率,并且模态频率具有不确定性,同时系统增益也存在有较大的变化。首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的结构不确定性,然后设计了H_∞回路成形控制器。在设计过程中,首先提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标;随后利用H_∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,利用ν间隔度量方法对所设计的控制器进行了降阶处理,并且对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析;最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性。     

中继卫星复合控制系统设计

根据中继卫星系统多体控制的特点，合理地选择了中继卫星复合控制系统方案；然后根据所选择的方案，分别设计了中继卫星星体姿态稳定控制系统和单址天线指向控制系统，详细描述了天线指向控制概念，并且设计了星上自主控制方案；最后以不同的用户星作为跟踪目标，对所设计的复合控制系统进行了数学仿真。通过对仿真结果的分析，验证了该系统的有效性。     

对失控航天器在轨服务的自适应滑模控制器设计

为实现对自由翻滚的失控目标航天器进行在轨服务,基于二阶滑模控制算法设计了相对位置与姿态耦合的自适应控制器。考虑相对转动对相对平动的耦合作用,建立了两航天器对接端口间相对位置与姿态耦合的动力学模型,并在此基础上设计了自适应Super twisting控制器,以减弱已知界限的有界干扰所产生的震颤效应,使闭环系统在有限时间内收敛到平衡点。利用李雅普诺夫方法证明了有界干扰下的闭环系统稳定性,并对收敛时间的上界进行了估计。仿真结果表明,与Super twisting算法相比,所设计的自适应二阶滑模控制器对参数不确定性及线性增长有界干扰具有较强的鲁棒性,且控制精度满足在轨服务的任务需求。     

在轨服务航天器对目标的相对位置和姿态耦合控制

研究在轨服务航天器自主逼近与捕获目标航天器过程中的相对位置和姿态耦合动力学与控制问题.考虑控制输入耦合,建立服务航天器对目标航天器的相对位置和姿态一体化耦合动力学模型.基于此耦合动力学模型,考虑相对位置跟踪中的控制指令耦合和控制输出受限,利用反馈线性化理论,设计相对位置和姿态一体化耦合控制算法.并利用李雅普洛夫理论证明...     

鲁棒EKF在脉冲星导航系统中的应用

针对脉冲星导航系统的滤波问题,传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法存在不能克服系统模型存在不确定性参数以及乘性噪声等缺陷,提出一种鲁棒EKF算法。首先,分析了状态预测误差方程和估计误差方程,利用统计学原理,得到了状态预测方差矩阵和状态估计方差矩阵计算等式。由于系统模型存在不确定性参数,状态预测协方差矩阵和状态估计协方差矩阵无法计算;因此,利用4个重要矩阵不等式,分析并找到预测方差矩阵和状态估计方差矩阵的上界。最后,利用状态估计误差协方差矩阵上界设计状态增益矩阵,使得状态估计协方差矩阵的迹最小。将该算法对脉冲星导航系统进行仿真,仿真结果验证了所提算法的有效性。     

柔性卫星角加速度轨迹规划与振动抑制方法

针对柔性卫星在快速机动过程中会激发柔性附件振动的问题,提出一种通过设计角加速度轨迹来抑制振动的方法。在存在振动频率不确定性的情况下,所规划的角加速度轨迹能够将残余振动幅值抑制在指定的范围内。类比不同幂次余弦函数激发的残余振动表达式,设计一种含有多个待定系数的角加速度曲线,并根据残余振动幅值对待定系数进行约束,从而求解出所有的待定系数。这种设计方法改进了余弦函数抑制低频振动需要增加较大机动时间的问题。相比输入成型方法,所规划的轨迹光滑,增加的机动时间较短,对高频振动有着更好的抑制效果。     

利用零运动避免SGCMG框架轴转速死区的方法

研究了应用SGCMG零运动避免框架轴转速死区的方法。利用奇异值分解的方法对SGCMG的零运动进行分析,提取正交的零空间基底与各个基底对应的坐标值。以SGCMG零运动尽量远离零为原则选取性能指标,令性能指标取极小,求解出零空间基底坐标方向的单位列阵。以每一个SGCMG的框架轴转速均大于死区转速为准则,给出了选取零空间基底坐标列阵模长的方法。设计SGCMG零空间基底坐标的调节策略,能使得SGCMG长时间运行在框架轴转速死区外。最后给出含有卫星姿态控制系统的仿真实例,校验了所设计零运动的有效性。     

卫星姿态容错控制系统的鲁棒自适应逆最优控制

针对卫星姿态控制系统中的执行机构和敏感器故障问题,将系统不确定性参数作为在线估计自适应参数,并考虑系统故障检测与诊断结果的不确定性,基于逆最优原理采用积分反推方法求解辅助系统的自适应控制Lyapunov函数,设计了能够确保原系统鲁棒稳定的自适应逆最优控制器并给出了详细的证明。最后进行了数学仿真,仿真结果表明文中设计的容错控制方法合理有效。     

空间交会寻的最优轨道机动

研究了交会寻的阶段的燃料优化问题。在经典Ｃ－Ｗ方法基础上,导出了考虑第一次脉冲位置的双脉冲寻的燃料优化方法。当寻的时间给定时,优化变量为第一次脉冲启动的时刻;当寻的时间不定时,优化变量为第一次脉冲启动的时刻和寻的时间。仿真结果表明,考虑和不考虑第一次脉冲位置,燃料消耗差别悬殊。对于地面站较少、要求寻的时间比较长的情况,该方法有重要意义。     

小卫星姿控与星务管理的一体化设计

介绍一种将姿控系统和星务管理系统融为一体的设计思想，它节约了星载机资源，提高了系统信息处理的实时性，很好地体现了小卫星的质量轻、体积小、成本低的优势。对姿控系统的硬件组成、卫星的飞行模式和控制策略、星务管理软件的体系结构和总结设计思想、姿控软件的星务管理软件的接口设计等内容做了重点讨论。