RLV双环滑模RCS/气动舵复合控制器设计

针对可重复使用运载器(RLV)再入飞行强非线性、快时变特性和多种控制模式给姿态控制器设计带来的困难和挑战,提出了一种双环滑模反作用控制系统(RCS)/气动舵复合控制器设计方案。首先建立了RLV再入飞行的数学模型,基于时标分离原理,设计了快、慢双环回路控制系统,并采用滑模控制律(SMCL)获得控制力矩指令;所设计的RCS/气动舵复合控制器,由控制分配将控制力矩指令分别映射成RCS推力器执行的开关指令和气动舵面偏转指令,采用链式递增融合协调气动舵与RCS的复合控制。仿真结果表明,双环滑模RCS/气动舵复合控制器能较好地完成姿态跟踪控制,有效地节省RCS燃料,实现了气动舵面与RCS的协调控制。控制方案也能用于再入飞行器或空天飞机的控制系统设计。     

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。     

反作用控制系统推力器失效的外部检测与诊断

通过推进系统外部可测的姿态信息,利用强跟踪滤波器和多模预报估计器,研究了一类非线性系统常值阶跃型故障和间歇性故障的检测与分离问题。对关机失效,利用强跟踪滤波器获得故障效应的估计,检测逻辑采用改进的贝叶斯分类方法,依据推力器失效效应的方向性进行故障单元的分离;对开机失效,采用多模预报,根据相应残差向量范数的比较进行故障的即时无阈值判别,同时完成了故障后系统状态的重构问题。以一类大型航天器的反作用姿态控制系统为例,对其中出现的推力器失效进行了故障识别仿真研究,表明所提方法是有效的。     

一种磁悬浮飞轮特定参数摄动鲁棒控制方法

针对磁悬浮飞轮位移刚度参数相比其他参数更容易发生摄动问题,在闭环状态矩阵为正规矩阵的约束下优化特征值对位移刚度的敏感度,根据最优特征值求解全状态反馈控制器参数。为了实现无状态观测器的全状态反馈控制,将控制模型增广至非最少状态空间,全部状态变量可由控制对象的输入、输出量直接计算得到。为了进一步提高鲁棒性,将等价干扰信号补偿方法应用于优化后的控制系统。仿真结果表明：位移刚度摄动达到标称值70%时,状态增广后的闭环系统仍然能够镇定系统,并且对位移刚度摄动的适应性更好,调节时间也更短;闭环系统最靠近虚轴的主导特征值离虚轴越远控制器对参数摄动的适应性越好,但控制所需能量代价越大;信号补偿方法可以在不改变主导特征值的前提下提高控制器对参数摄动的适应性。     

速率模式飞轮姿态控制系统飞轮组合平稳切换方法

对速率模式飞轮姿态控制系统的能控性、稳定性和飞轮组合切换过程进行了研究,揭示了在飞轮组合切换过程中引起卫星姿态抖动的原因,提出了通过对残余角动量进行卸载并将卸载函数同时前馈到系统输入的方法,以保持卫星姿态的稳定度。从理论上证明了可引入残余角动量进行卸载,将卸载函数同时前馈到系统输入,并且不改变原系统的能控性和稳定性。给出了某卫星飞轮切换应用实例,说明了飞轮组合平稳切换方法的有效性。     

一种新型陀螺的力矩器非圆性误差补偿方法

为提高磁悬浮控制敏感陀螺（MSCSG）对陀螺载体姿态的敏感精度,基于其洛伦兹力磁轴承（LFMB）的设计结构,提出了一种力矩器非圆性误差补偿方法。首先,针对一种新型双球形包络面转子MSCSG,介绍了MSCSG的结构特点与陀螺载体姿态角速度敏感原理,并分别建立了MSCSG力矩器半径误差模型、转子偏转干扰力矩模型与陀螺载体姿态角速度敏感误差模型。其次,通过实验测量了力矩器的圆度,通过MATLAB进行数据拟合得到了力矩器的非圆特性,采用勒让德多项式级数对力矩器非圆性进行了描述,并有效补偿了因力矩器非圆性误差导致的姿态角速度敏感误差。最后,对误差补偿效果进行了仿真验证,结果表明该补偿方法使陀螺载体姿态角速度敏感误差降低了83.5%。此外,本文方法还可以解决LFMB陀螺的相关共性问题。      

关于大容量高速立式电机加装大转动惯量飞轮的设计研究

电机在发生事故突然失电时,为确保系统安全,要求电机能拖动设备依靠自身惯量,继续运转2 min。由于电机自身惯量远小于系统惯量要求,因此需在电机本体上加装大直径、大重量飞轮,以提供足够的惯量。在大容量、高速立式电动机加装大转动惯量飞轮后,电机的稳定运行变得至关重要,因此对电机自身的刚度、轴系及结构设计的合理性需进行验证。针对电机的关键点结构设计及计算,并通过现场运行,对电机的可靠性进行了验证。这为电机的工程运用提供参考。     

磁悬浮飞轮用新型异极性永磁偏置径向磁轴承

为满足应用于航天器姿控、储能的磁悬浮飞轮采用的扁平构型或高转速转子需求,提出了一种新型异极性永磁偏置径向磁轴承,具有轴向长度短、结构紧凑的优点,有利于扁平转子或高速转子的磁悬浮控制。在新型径向磁轴承磁路分析的基础上,通过应用于50 Nms反作用飞轮的设计实例,经仿真分析,校验了新型径向磁轴承的基本性能;并与传统同极性永磁偏置径向磁轴承进行了比较,验证了新型径向磁轴承的优点。     

飞轮扰振特性及振动控制方法

航天器高精度稳定平台要求飞轮在工作转速范围内的干扰力尽可能低,因此需要对飞轮本身固有的扰振力进行有效抑制,一般对机械飞轮采用被动振动隔离方法,而对磁悬浮飞轮采用主动振动控制方法.分别介绍机械飞轮和磁悬浮飞轮的微振动特性,分析其扰振产生的原因,阐述振动隔离以及振动控制原理,并通过测试系统对现阶段振动抑制效果进行了说明.