深空探测器动态约束规划中的外延约束过滤方法研究

随着深空探测任务的增加以及星上科学任务的日益复杂,深空探测器自主任务规划与调度技术成为研究的热点。在深空探测器任务特点与系统约束分析的基础上,将智能规划理论与约束可满足技术相结合,研究多层约束规划模型中约束的动态特征,设计了基于动态约束表的外延约束快速过滤算法,根据领域信息中活动间的冲突性特征来对新加入的活动进行分类和一致性检查。仿真结果表明:提出的算法能够有效地降低约束处理中无效的约束检查次数,降低问题处理过程中的算法回溯,提高规划效率和成功率。     

空间站对日定向装置半物理试验台关键技术

为有效模拟空间站对日定向装置驱动性能受柔性太阳翼的扰动，验证对日定向装置驱动控制性能，采用半物理试验技术对对日定向装置进行地面试验考核。设计超高刚度及运动误差无附加力自适应的半物理试验台，对支撑连接机构和加载单元进行有限元分析与刚度测试；建立大尺度柔性太阳翼的动力学模型，并采用Wilson θ法进行动力学模型的实时数值求解；运用跟踪微分法对对日定向装置低速运行下的角速度和角加速度进行估计；最后通过对半物理试验台的响应精度、加载有效性进行仿真和试验考核，结果表明试验台加载力矩幅值为 0~ 85 Nm、频率为0.01~3 Hz时，绝对精度优于0.85 Nm，相对精度优于1%，从而验证了半物理试验台对太阳翼扰动载荷模拟的真实有效性，可实现对日定向装置的性能测试。     

Two-phase guidance law for impact time control under physical constraints

An impact-time-control guidance law is required for the simultaneous attack of suicide attack unmanned aerial vehicles. Based on the nonlinear model, a two-phase guidance strategy is proposed. The impact time is derived in a simple analytical form of initial states and switching states, and it can be controlled by switching at an appropriate range. Firstly, a two-phase guidance law is designed to make the magnitude of the heading error decrease monotonically from its initial value to zero. And then, the feasible interval of the switching ranges and of the impact times under the acceleration constraint are given analytically in sequence. Furthermore, a general form of two-phase guidance law is proposed, which allows the magnitude of the heading error to increase in the first phase, to improve the applicability of the methodology. Having the same structure as proportional navigation guidance with a time-varying gain, the proposed algorithms are simple and easy to implement. The corresponding feedback form is presented for realistic implementation. When a predefined impact time is taken within its permissible set, the constraints on the acceleration and field-of-view will not be violated during the interception. Finally, simulations validate the effectiveness of the methodology in impact time control and salvo attack.     

基于混合集合规划的机位分配约束规划模型

为解决现有数学规划方法只能简单描述停机位分配问题而且不能全局搜索最优解的问题,应用混合集合规划方法进行数据建模和逻辑建模,并设计切实可行的求解策略,从而实现全局搜索最优解。对典型实例进行了计算及对比分析,混合集合规划方法能够得出全局最优解,并且最优分配结果的优化目标提升了2%。结果表明,基于混合集合规划的约束规划模型有效可行。     

逆轨拦截机动目标的三维最优制导律

以大气层内导弹逆轨拦截高速机动目标为背景，本文运用最优控制和双曲正切函数设计带角度约束的三维最优制导律。分别假设导弹弹道倾角和弹道偏角保持瞬时恒定，将三维制导分解为两个相互垂直平面内的二维制导。考虑导弹速度时变的情况，建立带角度约束的制导方程。设计一种双曲正切函数的变种，并将其设为脱靶量和角度约束的权重系数，根据极小值原理推导了最优制导律的解析表达式。双曲正切函数变种的引入，使得制导律对脱靶量和角度约束的要求是逐渐增强的，可以解决传统最优制导律初始段过载指令过大的问题。仿真结果表明了该制导律的有效性。     

面向小推力变轨的天文组合自主导航方法

针对小行星探测任务对导航系统自主性强、实时性高的需求,研究了一种面向小推力变轨的天文组合自主导航方法。根据工程实践分析并建立了电推进变轨过程中的动力学模型,给出了天文测角测速组合的小行星探测自主导航方案。为克服小行星探测器推力的不确定性,提出了采用自适应交互式多模型无迹卡尔曼滤波(AIMM-UKF)算法,以较少的模型个数实现对导航系统状态的覆盖,克服了模型集合先验信息不准确对导航精度的影响,提高了组合导航系统的鲁棒性和抗干扰能力。最后,通过数学仿真对组合导航算法的性能进行了验证,结果表明本文提出的组合导航方法估计精度更高、计算消耗更小,可满足小行星探测工程任务对导航系统自主性、实时性和高精度的需求。     

Finite-time composite guidance law with input constraint and dynamics compensation

Guidance laws are proposed for a near space interceptor with on–off type thrust as output. The target-interceptor engagement kinematics is integrated with the first-order dynamics of thruster to design guidance laws. The bang-bang type guidance law with linear sliding mode is proposed to deal with thruster dynamics, and the sufficient condition for finite time convergence is rigorously proved based on the finite-time convergence theory. According to the sufficient condition, a sliding mode guidance law with hysteresis-band switching is introduced to reduce the switching frequency of thruster. Then two guidance laws are combined into a composite guidance law to improve the guidance performance. Simulation results show that the line-of-sight angular rate can converge to a neighborhood of the equilibrium point before the final time of the guidance process, and the composite guidance law has better performance than typical guidance laws.     

基于最优控制的高超螺旋俯冲轨迹设计

针对高超声速飞行器在俯冲阶段的突防与制导问题，提出了一种基于最优控制的螺旋俯冲轨迹设计方法。首先，根据二阶视线角加速度相对运动方程强耦合、非线性的特点，引入了反馈线性化技术，将非线性系统转化成了线性系统；其次，为了让飞行器实现对目标的期望角度打击，在状态方程中引入了终端落角约束项。然后，以零化视线角速率和使消耗能量最小为目标，采用最优控制得到了加速度形式的控制输入。接着，为了让飞行器在空间内进行螺旋机动，设计了螺旋加速度控制飞行器速度矢量可绕瞬时视线轴进行旋转；最后，考虑到机动与制导的冲突，设计了高度函数使得最优与螺旋两种信号进行匹配。仿真结果显示，在面对相同的防空威胁时，与基于比例螺旋的轨迹相比，本文设计的俯冲轨迹具有更好的突防效果。     

基于一类含极少运动副四支链两转一移三自由度并联机构的五轴混联机器人

首先提出了一类含较少运动副四支链两转一移三自由度（2R1T）并联机构（PMs）2RPU-UPR-RPR和2UPR-RPU-RPR，然后提出了极限约束力螺旋系的概念，分析四支链2R1T并联机构末端的极限约束力螺旋系，对所提出的四支链2R1T并联机构是否同类机构中含运动副最少进行了论证。基于提出的四支链并联机构构造了一种五自由度混联机器人机构，建立了2-RPU-UPR-RPR并联机构的位置反解模型，并将其等效成一个三自由度串联机构RPR，进而对整个混联机器人机构进行了位置正反解分析，建立得到了混联机器人机构位置反解的显式解析表达式，并用加工球面轨迹的算例对所建运动学模型的正确性进行验证。提出的五自由度混联机器人含有极少的运动副，且所有转动自由度均具有连续转轴，能够得到解析的位置模型表达式，很容易实现轨迹规划与运动控制，具有良好的应用前景。     

采用框架角受限控制力矩陀螺的航天器姿态机动控制

以框架角受限的金字塔构型控制力矩陀螺(CMG)为执行机构,研究了航天器欧拉姿态机动控制问题.考虑控制力矩及航天器角速度约束等因素,对已有的姿态机动控制律进行了改进,使其能实现绕欧拉轴的大角度姿态机动.同时考虑力矩陀螺框架角受限情况,通过适当加入空转指令对框架角进行重构,设计了复合控制形式的控制力矩陀螺操纵律,并通过过渡...