Coordinated Multiple Spacecraft Attitude Control with Communication Time Delays and Uncertainties

In this paper, we consider the coordinated attitude control problem of spacecraft formation with communication delays, model and disturbance uncertainties, and propose novel synchronized control schemes. Since the attitude motion is essential in non-Euclidean space, thus, unlike the existing designs which describe the delayed relative attitude via linear algorithm, we treat the attitude error and the local relative attitude on the nonlinear manifold-Lie group, and attempt to obtain coupling attitude information by the natural quaternion multiplication. Our main focus is to address two problems:1) Propose a coordinated attitude controller to achieve the synchronized attitude maneuver, i.e., synchronize multiple spacecraft attitudes and track a time-varying desired attitude; 2) With known model information, we achieve the synchronized attitude maneuver with disturbances under angular velocity constraints. Especially, if the formation does not have any uncertainties, the designer can simply set the controller via an appropriate choice of control gains to avoid system actuator saturation. Our controllers are proposed based on the Lyapunov-Krasovskii method and simulation of a spacecraft formation is conducted to demonstrate the effectiveness of theoretical results.     

Fast Numerical Solution to Forward Kinematics of General Stewart Mechanism Using Quaternion

The forward kinematics of the general Stewart mechanism is studied and a fast numerical method is presented.Quaternion is utilized to model the forward kinematics and the equations are merely a system of quadratic ones.The numerical method is a nice simplification of the Newton-Raphson method when applied to this system.A simulation of the movement control of the Stewart mechanism is accomplished,confirming the effectiveness of the proposed algorithm in real-time conditions.     

无速度反馈的航天器姿轨耦合跟踪控制

提出了一种无速度反馈的航天器姿轨耦合跟踪控制算法。首先建立起基于对偶四元数的带扰动和参数不确定性的航天器姿轨耦合动力学模型。然后基于浸入与不变流形理论设计了速度观测器,通过增益注入对非线性项抑制,从而同时估计角速度和线速度。利用李雅普诺夫函数分析了观测器状态量的收敛性以及注入增益的有界性,证明了该观测器的指数稳定性。最后设计了一个比例-微分（PD）位置与姿态跟踪控制器,该控制器可以实现航天器的任意姿态与位置跟踪,分析了这种观测-控制结构的闭环系统渐近稳定性。仿真验证了该速度观测器和控制器的有效性以及对于参数不确定性和测量噪声具有较好的鲁棒性。     

基于无迹卡尔曼滤波的柔性自由翻滚目标姿态估计

在进行在轨维修以及清除等任务时,需要确定航天器的姿态四元数和角速度.失效卫星常处于自由翻滚状态,通常带有柔性帆板,其运动规律相较于刚性帆板更为复杂.一方面,空间失效卫星的姿态确定常使用激光雷达、双目相机作为测量装备,其测量精度常受到光照、磁场等的影响,会对识别精度产生较大干扰.另一方面,柔性航天器的质量特性容易发生变化...     

四元数在欧拉方程中的应用研究

无论是定步长还是变步长，龙格－库塔法在求解四元数下的欧拉方程时都会有一定的误差，对此作了深入的研究。结果表明，定步长时有很大的累积误差，单位四元数的“单位”性不能得到满足，而变步长有明显的改观，对一般的飞行模拟状态，都能得到较好的模拟结果，可以有实际中使用。     

基于四元数误差模型的捷联惯导系统对准方法

传统的小干扰方程并不能描述捷联惯导系统在大失准角下的误差传播特性 ,推导了姿态误差为大角度时的四元数误差方程 ,并指出当姿态误差为小量时 ,所推导的误差模型与小干扰方程是等价的。仿真结果表明在大失准角下的空中对准过程中 ,采用四元数误差方程以及非线性滤波技术能有效地提高对准精度     

运载火箭智慧控制系统技术研究

总结了国内外先进运载火箭控制系统的特点,结合我国新一代运载火箭的现状,提出目前我国运载火箭控制系统发展亟待解决的问题。在此基础上,提出了适应现阶段智能高可靠需求的自主轨道规划技术、在线故障辨识技术、姿控喷管隔离重构技术和全程四元数控制技术,所提技术可有效提高控制系统可靠性,使全箭在面对非灾难性故障时具有较强的自主性和适应性。     

空间多刚体系统编队及姿态的协同综合控制

针对由多个非线性系统组成的多子系统的协同控制问题,给出了一种基于输出反馈的协同控制律的设计方法,并将其应用于空间多个刚体的编队控制和姿态的协同控制系统中,给出了空间多刚体系统编队控制及姿态协同控制问题有解的充分条件,设计了多刚体编队及姿态稳定的协同综合控制律。仿真结果表明,这种控制方法是有效的、可行的,所设计的控制器能够使整个刚体系统在空间运行过程中保持一定的队形,并且同时稳定控制描述各个刚体系统姿态的四元数。     

用于微机械捷联式航姿系统的四元素算法卡尔曼滤波器

介绍了一种卡尔曼滤波器 ,它适用于由微机械惯性传感器构成的捷联式航姿系统。文中阐述了系统构成和原理 ,基于四元素算法公式推导了姿态算法和系统误差模型 ,并设计了实时卡尔曼滤波器。仿真结果表明 ,当没有横向加速度干扰时系统精度优于 0 .0 4度 ,当出现 0 .1g/1Hz的横向交变加速度干扰时 ,精度降为 0 .4 4度。初步测试结果表明系统的静态精度为 :俯仰和横滚 /-0 .2度 ,航向 /- 0 .3度。