超静超稳卫星碰振动力学建模

针对分离式卫星载荷模块(PM)受到扰动时可能与服务模块(SM)发生碰撞的问题，综合音圈电机反电动势(back-EMF)和柔性线缆动力学的效应，基于牛顿欧拉法建立了分离式卫星(DFP)载荷模块动力学模型。基于Hertz接触理论，推导了分离式卫星碰撞过程中连续接触力模型，并分析了碰撞过程中产生的接触力对载荷模块指向精度和指向稳定度的影响。数值仿真结果表明，碰撞使得载荷模块指向精度和指向稳定度下降5个数量级，碰撞后载荷模块可再次恢复到超静超稳工作状态，恢复时间超过1400 s。本文建立的碰撞模型对研究分离式卫星碰撞规避和碰撞控制具有重要意义。     

下一代高精度卫星重力测量技术研究

以下一代高精度卫星重力测量为背景,针对低低卫卫跟踪模式与卫星重力梯度测量模式,论述了下一代低低卫卫跟踪和下一代重力梯度测量卫星方案。下一代低低卫卫跟踪重力卫星采用纳米级星间激光测距替代原微波测距,同时降低轨道高度以提高重力场敏感度。下一代重力梯度测量卫星采用原子干涉重力梯度仪替代静电重力梯度仪,原子干涉重力梯度仪在空间有超高的潜在灵敏度,可进一步提高卫星重力梯度测量的精度。同时,突破现有牛顿力学框架下的卫星重力测量技术,提出了基于广义相对论引力钟慢效应的卫星重力测量技术概念,卫星遍历地球周围空间时,通过测量星上时钟频率变化获取全球重力分布。仿真结果表明:三种新型高精度卫星重力测量技术可恢复200~305阶的全球重力场模型。     

空间赛博战研究

赛博作为信息网络时代的产物,正在受到关注和重视。在阐述赛博空间和赛博战新概念的基础上,分析赛博空间和赛博战的特点。介绍了空间赛博战的概念和内涵,重点分析空间赛博战在暴露性、开放性、脆弱性和制约性等方面的特点,并对空间赛博战任务功能进行了分类描述,最后梳理空间赛博战的关键技术。     

柔性卫星姿态稳定鲁棒变结构控制器设计

根据实际三轴稳定卫星姿态稳定,模型参数存在不确定性(转动惯量),以及未知干扰力矩,设计了一种鲁棒变结构控制器,它能确保系统具有全局渐近稳定性,并且系统能在有限的时间内到达滑模面,具有鲁棒到达条件,控制律实现简单。同时采用积分型滑模面,保证系统在到达滑模面后具有给定的良好性能。最后根据某颗公开卫星参数给出了具体的数值算例,数值仿真结果良好。从数值仿真结果来看,控制器在存在较大不确定性情况下(考虑系统转动惯量有5%的不确定性)依然保持良好性能,具有很强的鲁棒稳定性。而采用边界层改进控制器后,有效解决抖振问题,同时控制器的性能基本保持不变,从而说明鲁棒变结构控制器的设计是有效的。     

采用MSCMG群的卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验验证

针对新型惯性执行机构磁悬浮控制力矩陀螺(Magnetically suspended control moment gyro, MSCMG),基于金字塔构型开展卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验研究,以验证MSCMG的姿态控制性能。首先基于MSCMG搭建卫星平台控制地面试验系统,建立数学模型;接着针对气浮台外界扰动抑制及大角度敏捷机动控制问题,基于变参数滑模控制设计姿态控制算法,采用鲁棒伪逆方法进行MSCMG群框架角速度分配;并针对MSCMG的特性对框架角速度和角加速度进行了限幅,开展闭环控制试验研究。试验结果表明,采用MSCMG进行气浮台姿态稳定控制实验,可以实现姿态稳定度优于5×10~(-4)(°)/s,且在实现30°/15 s的机动指标时,MSCMG框架角速度具有良好的跟踪性能,且磁悬浮转子在输出大力矩时仍然保持稳定悬浮,具有较强的鲁棒性。通过地面闭环试验验证了MSCMG作为姿控执行机构的优异性能,为其未来进一步应用研究奠定基础。     

压电偏摆镜快速精确控制研究

研究压电偏摆镜的快速精确控制系统.采用压电偏摆镜、电压放大器、位移传感器和实时控制系统AD5435搭建了闭环控制跟踪系统,根据压电系统动力学特性设计前馈-反馈复合控制器,采用闭环控制实验验证了压电偏摆镜的快速跟踪能力,对50 Hz谐波和三角波跟踪时,相对均方根误差小于3.6%.提出的压电偏摆镜精确跟踪控制设计方法可以应用在星载光机系统的精确扫描和抖振抑制等领域.     

刚体卫星姿态跟踪鲁棒变结构控制

针对刚体卫星在变轨机动时存在参数摄动,非线性强的特点,采用双回路鲁棒变结构控制器,它能确保系统在一定条件下具有全局渐近稳定性,并且系统能在有限的时间内到达滑动平面,具有鲁棒到达条件,同时控制律实现简单。最后给出了具体的数值算例,数值仿真结果良好。从数值仿真结果来看控制器在存在较大不确定性情况下(考虑系统转动惯量有5%的不确定性),依然保持良好性能,具有很强的鲁棒稳定性。     

GEO卫星相机外遮光罩的设计方法

针对太阳规避模式下相机最小太阳规避角及相机视场大导致遮光罩尺寸超出火箭整流罩可用包络的问题,研究了基于非成像时长和偏航姿态调整方案的相机遮光罩最小太阳规避角算法,提出了三块挡光板构型和圆形外遮光罩构型的方程建模及上沿优化方法,并针对典型工况仿真设计出了具有同等太阳规避效果的多种斜切外遮光罩构型。经Pro/E软件建模及阴影分析表明,在各工况下,外遮光罩与内遮光罩对内遮光罩底部的遮挡比例达到100%,也即太阳无法直射内遮光罩底部,验证了外遮光罩方程建模及上沿优化方法的正确性,并实现了以传统圆筒外遮光罩1/3的面积规避太阳直射相机内部的效果。     

高精度非接触磁浮机构电磁干扰特性分析

针对因双超平台姿态控制引入非接触磁浮机构这一关键执行机构,而可能引起的卫星平台新的电磁兼容问题,开展了非接触磁浮机构的电磁干扰特性研究。首先,介绍了非接触磁浮机构及其驱动器的工作原理;其次,分别对非接触磁浮机构驱动器的脉冲宽度调制(PWM)控制信号高频干扰特性和传导电磁干扰特性进行了理论和仿真分析,并将其频率特性与星上其他典型单机的工作频率进行了比对。对比分析结果表明:非接触磁浮机构的电磁干扰频率与星上其他典型单机之间间隔较大,其相互之间产生的电磁干扰可忽略,磁浮机构的引入不会产生新的电磁兼容问题。     

SO(3)上航天器自适应反步姿态跟踪控制

针对刚体航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种自适应反步控制方法。首先,考虑模型不确定性和外部干扰影响,通过引入一个非负定的势函数来描述姿态跟踪误差,在特殊正交李群SO(3)上建立描述航天器姿态运动的相对动力学方程,所建立的动力学模型有效地避免了用修正罗德里格参数或四元数描述航天器姿态时引起的奇异和退绕等问题;其次,设计的自适应反步控制器可保证闭环控制系统最终一致有界收敛,并用李亚普诺夫理论严格证明了闭环系统的稳定性;此外,设计的自适应控制律可以有效地处理系统总干扰;最后,针对航天器姿态跟踪控制场景进行数值仿真分析。结果表明:与传统PD控制器相比,所设计的控制器可以有效地提高控制性能。