基于特征模型的力矩受限卫星姿态抗饱和设计

针对存在控制力矩饱和约束的卫星姿态跟踪控制问题,提出将黄金分割控制器和基于线性矩阵不等式(LMI)抗饱和设计相结合的控制方法。采用黄金分割控制器作为标称控制器,同时使用特征模型取代原被控对象求解抗饱和补偿器,给出求解抗饱和补偿器凸约束的LMI条件,解决了由于控制输入饱和引起的控制性能下降或系统不稳定问题。通过引入二阶差分方程形式的特征模型,常规基于线性LMI抗饱和设计方法可以扩展到解决一类非线性系统的饱和控制问题中。数值仿真验证了所提出方法对控制力矩受限卫星姿态跟踪控制的有效性和鲁棒性。     

初始运行条件对空间飞行器飞行影响研究

某试验型微小空间飞行器用于检测空间探测技术,通过对该飞行器运动轨迹及姿态变化的研究,对比分析空间探测技术的实时响应和检测精度。针对发射过程中,扰动会改变空间飞行器自由飞行过程的初始运行条件的问题,建立计及环境因素的空间飞行器轨道动力学和基于欧拉方程的姿态动力学模型,并对飞行器在不同初始运行条件下的运动过程进行数值研究。结果表明:改变初始条件,飞行器运动过程将产生不同程度的变化;入轨初速度越大,飞行器轨道离心率和周期越大;非零发射角将引起轨道偏移和旋转,俯仰发射角主要引起俯仰角变化,偏航发射角主要影响滚转角和偏航角,并且角度越大,幅度越大;自转角速度越大,姿态角变化越小。     

舰艇运动对导弹冷发射出筒的影响

针对舰载导弹垂直冷发射对导弹出筒轨迹和姿态偏差有一定要求的现状,研究舰艇运动对导弹冷发射出筒扰动问题。分析了舰艇运动中可能造成最大扰动的发射时刻。采用对可能最大值点仿真研究的方法,用动力学仿真软件ADAMS针对可能最大扰动时刻进行影响程度的定性研究。结果表明,5级海情对舰载导弹冷发射影响较大;舰艇运动最大过载时刻对导弹轨迹水平和竖直方向位移影响最大;在最大摇摆角时刻发射会导致导弹出现最大姿态偏角。     

基于扩张状态观测器的舰载机俯仰自适应滑模控制

传统自适应滑模需要系统扰动上界的先验信息和易引发作动器抖振是其不便用于工程实际的主要原因。文章基于扩张状态观测器对传统自适应滑模进行了改进,利用扩张状态观测器(ESO)实时观测外扰并在自适应滑模控制中进行补偿。将改进后的自适应滑模应用于舰载机俯仰姿态控制中,进行仿真计算。计算结果表明,在系统扰动上界未知的情况下,ESO提高了自适应滑模的鲁棒性,消除了抖振。     

基于MEMS传感器的四旋翼组合测姿研究

针对四旋翼无人机机体尺寸较小、带载荷能力有限的特点,设计基于低成本MEMS惯性器件的测姿系统,以满足四旋翼无人机在系统控制方面的需求。但是低成本的MEMS惯性器件具有精度低,随机漂移大,容易受到外界环境干扰等缺点。本文充分发挥四旋翼无人机搭载的MEMS惯性器件的功能,分别利用两种方法测量载体姿态,并通过卡尔曼滤波的方法实现这两种测姿方法的数据融合。经过仿真分析,融合后组合测姿系统的测姿精度得到提高。     

Particle filter-based real-time phase line bias estimation for GNSS-based attitude determination with common-clock receivers

Global navigation satellite system (GNSS)-based attitude determination has been widely adopted in a wide variety of terrestrial, sea, air, and space applications. Recently, the emergence of commercial multi-GNSS common-clock receivers has brought new opportunities for high-precision GNSS-based attitude determination with single-differenced (SD) model. However, the key requirement of using this approach is the accurate estimation of the troublesome line bias (LB) in real-time. In this contribution, we propose a particle filter-based real-time phase LB estimation approach that apply to SD model with single-system single-frequency observations from common-clock receiver. We first analyzed the relationship between the integer ambiguity ratio value and the phase LB. It is proved that the accuracy of a given phase LB value can be qualified by the related ambiguity resolution ratio value, and the normalized ratio value can therefore be used to represent the likelihood function of observations. Then, we presented the particle filter-based real-time phase LB estimation procedure, and assessed its performance using GPS L1/BDS B1I observations from two datasets collected with different types of common-clock receivers in terms of the accuracy and convergence time of phase LB estimation, the computation load, and the positioning and attitude determination accuracy with respect to the double-differenced (DD) model. Experimental results demonstrated that the phase LB could be accurately estimated with short convergence time (generally within 15 epochs). Moreover, compared with the classical DD approach, the particle filter-based SD approach delivers comparable positioning root-mean-square (RMS) errors in the North and East components but significantly smaller RMS errors in the Up component. Accordingly, the achievable yaw accuracy is comparable whereas the pitch accuracy is remarkably improved. The improvements of positioning accuracy in the Up component and pitch accuracy are approximately 35.7 % to 63.7 %, and 33.3 % to 63.1 %, respectively. Additionally, the single-epoch computation time with our particle filter-based SD approach is generally 0.08 s, which is obviously larger than the DD approach but could still meet the requirements of real-time applications below 10 Hz sampling.     

可见光/激光组合的相对位姿测量研究

针对可重构航天器模块超近距离对接场景下特征点消失问题，提出一种可见光/激光的高精度相对位姿测量方法。该方法先通过可见光/激光组合对初始相对横滚角误差进行校零，完成粗校准环节；然后通过激光二维双镜反射法进行精确的相对位姿解算，获得高精度相对位姿数据。仿真结果表明，在现有技术条件下，该方法在模块相对距离在100cm内可不依赖视觉特征点，实现±1.2mm和±0.03°的相对位姿测量精度，为模块航天器对接后续的超近距离高精度位姿控制奠定基础。     

基于自抗扰的无人机俯仰姿态控制

针对无人机俯仰姿态控制回路在模型参数和复杂外界环境等不确定性干扰影响下鲁棒性差、系统响应速度慢的问题,采用工程上易实现的自抗扰控制(ADRC)方法设计了俯仰姿态控制器,通过构造线性扩张状态观测器(LESO)估计不确定性干扰,并在控制回路中对干扰进行实时补偿.性能分析与仿真结果表明,基于ADRC的无人机俯仰姿态控制器具有良好的性能和干扰抑制能力,并且能够实现对控制指令的精确跟踪.     

FY-3(05)星主动对月定标控制技术研究

月球是低轨气象卫星载荷进行外定标的一个理想目标,不同载荷通过观测月球可以建立统一的参考基准,提高相互之间的数据匹配性。对于低轨卫星,月球一般每月一次进入载荷的视场,但停留时间只有几秒钟。为进一步提高对月定标的观测时长,积累更多的观测数据,本文针对低轨偏置动量卫星提出了一种主动对月定标控制方案,通过卫星平台的姿态控制,使月球在载荷视场中停留30 min以上。仿真结果表明:对月定标过程中卫星姿态控制精度满足指标要求,具备工程应用条件。