射流动量控制器精细建模及其应用

文章研究了新型姿态控制执行机构——射流动量控制器的精细动力学模型.基于流场内的流体特性,分析了粘性使流场速度衰减的规律,通过对流动面各点的速度积分,推导了与工质特性相关的执行机构等效角动量,得到了能够反映射流动量控制器内部特性的精细动力学模型.然后,建立了含有三正交构型射流动量控制器组的航天器姿态动力学模型,并依据该动力学模型设计了姿态控制律.仿真结果表明,依据射流动量控制器精细模型得到的执行机构输出力矩反应速度快、误差小,应用在航天器姿态控制的过程中提高了对航天器控制的效率和精度.     

Nonlinear Adaptive Slewing Motion Control of Spacecraft Truss Driven by Synchronous V-gimbaled CMG Precession

The slewing motion control of a truss arm driven by a V-gimbaled control-moment-gyro (CMG) is a nonlinear control problem. The V-gimbaled CMG consists of a pair of gyros that must precess synchronously. The moment of inertia of the system, the angular momentum of the gyros and the external disturbances are not exactly known. With the help of feedback linearization and recursive Lyapunov design method, an adaptive nonlinear controller is designed to deal with the unknown items. Performance of the proposed controller is verified by simulation.     

受宽带噪声激励的二元机翼随机振动系统的矩Lyapunov指数

通过计算受宽带噪声参激的二元机翼随机振动系统的矩Lyapunov指数,研究了系统的矩稳定和概率1稳定。首先在经典二元机翼颤振方程中加入随机激励,通过随机平均法、Girsanov定理和Feynmann-Kac公式得到关于矩Lyapunov指数的特征值问题。其次采用Fourier余弦级数对特征函数进行正交展开,得到系统矩Lyapunov指数的近似解析式。最后,通过Monte Carlo仿真验证了矩Lyapunov指数近似解析式的可信性,并讨论了系统参数、来流平均速度以及随机噪声谱密度对机翼稳定性的影响。     

考虑信噪比影响的非线性H_∞制导律设计

针对导弹对目标拦截问题,考虑测量信号信噪比影响,以非线性H∞控制理论为基础,应用Lya-punov函数稳定性的分析方法设计了具有强鲁棒性的非线性制导律。首先,以弹-目相对距离和相对速度为变量,并将目标机动视为扰动,建立弹-目相对运动的非线性数学模型。其次,基于零化弹目相对距离的思想,针对拦截过程中测量噪声的影响问题,提出了非线性H∞稳定控制策略,得到连续的非线性末制导律,并分析了信噪比与制导律参数的关系,对测量信号信噪比提出了要求。同时,严格证明了制导系统的稳定性,且无需求解HJI偏微分方程。仿真结果表明,这种制导律对大机动目标具有较强的鲁棒性和适应性,同时能获得良好的制导精度。     

基于未知输入观测器的非线性动态系统故障估计

针对一类受扰非线性动态系统的执行器故障估计问题,提出一种未知输入观测器来实现故障估计。首先,通过坐标变换将原系统转化为合适的形式;其次,采用线性矩阵不等式与Lyapunov泛函分别设计H_∞输出反馈控制器和未知输入观测器,在此基础上实现对系统中执行器故障的渐近估计;最后,通过机械臂系统仿真分析并验证了所提方法的有效性。与已有方法相比,所提方法不要求故障可导,也不要求故障或干扰上界已知,因此易于在工程实际中实现对非线性系统执行器故障的估计。     

星间激光输能姿态指向自适应控制器设计

针对同轨道平面两星之间激光能量传输时的姿态指向控制问题,基于反步（Backstepping）法提出了一种自适应控制器设计方法。该方法先基于罗德里格参数（MRP）对卫星进行姿态描述;然后根据星间激光输能任务对姿态指向的特殊要求通过多个姿态矩阵的转换解算出了用户星期望姿态的表达式;之后基于Backstepping法,设计了自适应控制律,该控制律能解决控制输入有限和转动惯量不确定的问题,而且有效克服空间干扰力矩;最后通过Lyapunov稳定性定理证明了控制系统的稳定性。仿真结果显示,在约15s后,用户星的姿态误差和角速度误差收敛到0,并且角速度和控制力矩的值都在约束条件的范围内,说明文章设计的控制器不仅能够使用户星按最短路径调整到期望姿态,而且能够有效地抑制空间干扰力矩和解决转动惯量不确定的问题,并且通过合理地设计控制参数,可以在保证控制精度和速度情况下使控制输入满足约束条件。     

改进跟踪微分器设计

通过非线性和线性连续函数的恰当组合,使构造的奇次指数幂且连续的跟踪微分器函数的系统状态,无论在远离还是接近平衡点位置都能快速收敛。设计的跟踪微分器满足全局渐进稳定,仅收敛于一个平衡点。此外,由于未使用切换函数,也不存在抖振现象。计算机仿真表明,改进跟踪微分器跟踪效果优于经典的非线性跟踪微分器,且跟踪给定系统的状态变量与真实状态变量的响应高度吻合。     

全电推进卫星小推力变轨策略星上计算方法研究

全电推进卫星星上自主变轨,是全电推进卫星重要的发展方向。为了获得运算量小、计算简单、可以星上计算且变轨时间最短的小推力变轨策略,研究了Lyapunov反馈制导律和推力矢量分段固定法两种方法。基于Lyapunov反馈制导律的变轨策略,权重系数在地面进行优化,推力指向星上实时计算,在标称任务工况下变轨时间比理论最优解加长8.18%。推力矢量分段固定法变轨策略更为简单,每10天星上对两个关键控制参数Ψ1,Ψ2进行修正,推力指向变化规律恒定,变轨时间比理论最优解加长7.43%。两种方法都具有任务适应性好和计算简单的优点,Lyapunov反馈制导律对姿态控制能力要求较高,推力矢量分段固定法姿态控制要求容易满足,后者更适合于卫星应用。