一类脉冲微分方程解的振动性

文章利用Riccati变换以及等价变换研究一类脉冲微分方程解的振动性,并获得方程振动的一些充分条件.     

基于H∞理论的微小卫星姿态磁控制

将H∞磁姿态控制律用于有外界扰动和结构化摄动的圆轨道微小卫星姿态控制系统。给出了H∞控制算法,并从理论上证明了系统的稳定性。通过将地磁场近似为偶极子,把时变Riccati方程的求解简化为时不变Riccati方程的处理,同时引入扩张因子以避免出现饱和。理论分析和仿真试验结果表明,该姿态控制律可行,其姿态控制精度高、鲁棒性强。     

柔性多体撞击系统的精细H∞控制研究

本文在柔性多体撞击系统动力学方程的基础上 ,将撞击看成是一种扰动 ,设计了一个稳定的控制器以使撞击扰动对控制输出的影响达到最小的目的 ,在分析过程中采用 H∞ 控制原理对该问题进行了研究。在计算中 ,将精细积分法应用于状态动力学方程和 Riccati方程的求解中 ,使计算精度得到大幅度提高。最后通过数值例题说明了本文方法的有效性     

基于SDRE方法的挠性航天器姿态控制

研究基于状态相关的Riccati方程(SDRE)方法的挠性航天器姿态控制问题。首先基于挠性航天器的姿态动力学方程,推导了用于姿态跟踪控制器设计的误差动力学方程;然后用SDRE方法对挠性航天器进行了姿态控制器的设计;接着采用了三种方法对SＤＲＥ控制器进行求解,即Schur法、改进的Newton法和θ-D法,如果将期望姿态设为某固定姿态,则该控制器实际上成为一个次优姿态机动控制器;最后以某挠性航天器为背景对三种解法进行了数值仿真和比较。仿真结果显示,改进的Newton法计算精度最高,Schur法其次,尽管相比之下θ-D法的计算精度最低,但它也能保证足够的控制精度,而其计算效率是其它两种方法所无法比拟的,θ-D法高效的控制器解算使SDRE的工程应用成为可能。     

柔性多体撞击系统的精细H∞控制系统

本文在柔性多体撞击系统动力学方程的基础上，将撞击看成是一种扰动，设计了一个稳定的控制器以使撞击扰动对控制输出的影响达到最小的目的，在分析过程中采用H∞控制原理对该问题进行了研究。在计算中，将精细积分法应用于状态动力学方程Riccati方程的求解中，使计算精度得到大幅度提高。最后通过数值例题说明了本文方法的有效性。     

基于滚动优化和微分Theta-D方法的快速绕飞航天器姿轨协同控制

针对近距离快速绕飞的视线保持要求和姿轨耦合特点,研究航天器姿轨协同最优控制方法。建立了六自由度相对运动耦合非线性模型,偏心推力矢量同时提供位置和姿态控制能力;考虑到近距离相对运动对动态性能的高精度要求,不同于无限时域经典Theta-D方法,提出了一种包含终端状态约束的滚动优化有限时域最优控制快速解算方法,推导了中间过程微分Riccati方程和微分Lyapunov方程的横截条件。控制器设计充分考虑了有限脉冲小推力器和有限力矩输出装置的约束。对近距离快速绕飞的仿真结果说明了方法的有效性,所提方法在保证相对运动稳定和动态性能的前提下控制输出幅值小,具有工程实际意义。     

采用SDRE方法的无径向推力最优轨道控制

针对无径向推力作用的两航天器轨道交会和编队卫星队形重构任务,采用状态依赖Riccati方程(SDRE)方法求解了其最优轨道控制问题。首先考虑J2摄动和推力仅存在于追踪航天器的周向和法向,推导了状态依赖配点(SDC)形式的非线性相对运动方程。然后针对终端状态为零的轨道交会问题,采用SDRE方法得到了最优反馈控制律,并给出了状态依赖Riccati微分方程的近似求解策略和数值求解策略。接着扩展了SDRE方法并将其用于终端状态不为零的编队卫星队形重构问题,并给出了相应的数值求解策略。相比于伪谱法等优化方法,本文提出的方法不需要初始猜测值。此外,数值仿真表明,解析求解Riccati微分方程方法对于近圆轨道具有较高的精度,数值计算方法对即使偏心率为0.3的椭圆轨道,其最优性偏差仍小于6%。     

不满足匹配条件的不确定离散系统的鲁棒控制

研究了一类不满足匹配条件的不确定离散系统的二次鲁棒镇定问题，系统的不确定部分为时变、范数有界。通过求解离散代数Riccati方程获得鲁棒镇定增益阵，同时，此Riccati方程的对称正定解也是建立闭环系统渐近稳定性的Lyapunov矩阵。所获得的结论与现有的结果相比，不需要引入增广系统或辅助系统，就可以解决同时含有状态矩阵和输入矩阵不确定性的离散系统的鲁棒镇定问题，本结果可以看成是以前获得的关于连续系统鲁棒镇定结果的离散系统对应。     

一类完整性控制系统的设计及其在挠性航天器中的应用

本文利用变形Riccati方程的性质,提出一种多变量控制系统设计法。所设计的系统动态特性好,具有最优性,且在执行器失效时具有完整性。文中就挠性航天器动力学控制问题进行了应用研究。     

方块脉冲函数用于延时LQP最优控制的综合与分析

本文用方块脉冲函数把求解延时LQP(线性二次型问题)最优控制转化为求解多元函数最优化问题,避开了Riccati方程的求解,导出了状态反馈形式的分段综合控制表示式,以及最优状态轨线与最优控制的分段恒定解答和目标泛函的最优值。     

Stability-based SDRE controller for spacecraft momentum management

Momentum management of spacecraft aims to avoid the angular momentum accumulation of control momentum gyros through real-time attitude adjustment. An attitude control/momentum management controller based on state-dependent Riccati equation is developed for attitude-stabilized spacecraft. The governing equations of the system are formulated as three-axis coupled with full moment of inertia, which fully capture the nonlinearity of the system and are valid for systems with significant products of inertia or strong pitch to roll/yaw coupling. The state-dependent Riccati equation algorithm brings the nonlinear system to a linear structure having state dependent coefficients matrices and minimizing a quadratic-like performance index. The system equations are nondimensionalized, which avoid numerical problems at the same time make the weighting matrix more predictable. To guarantee closed-loop system stability, the state-dependent Riccati equation algorithm is also modified based on pole placement technique. The state-dependent Riccati equation is online calculated through the computational-efficient θ-D technique which reaches a tradeoff between control optimality and computation load. The dynamic characteristics of the system at torque equilibrium attitude are analyzed. Constraints on moment of inertia for successful momentum management are provided. Simulations demonstrate the excellent performance of the controller.     

基于观测器的鲁棒稳定控制器设计的新方法

本文研究了线性时变不确定系统的鲁棒观测器问题，针对满足匹配条件的系统，给出一种基于现测器的鲁棒稳定控制器设计的新方法。该方法的特点是，在控制器设计阶段利用Ｒｉｃｃａｔｉ方程代替了Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程，对于标称非Ｈｕｒｗｉｚｅ系统不需预先设计补偿器。与现有的一些方法相比，按本文方法设计的鲁棒控制器其算法简单且能容许较大的系统不确定性。文中给出的数值例说明了这种方法的有效性。     

自由漂浮空间机器人末端轨迹优化跟踪控制

针对自由漂浮空间机器人(FFSR)末端轨迹跟踪优化控制中惯性参数不确定的问题,基于状态依赖Riccati方程（SDRE）,提出一种采用标称SDRE控制器与补偿SDRE控制器相结合的组合优化控制器,通过SDRE基本理论及李雅普诺夫方法证明了控制方法能够实现系统跟踪的能量优化和渐近稳定,实现了FFSR在广义雅克比矩阵非奇异条件下的末端轨迹优化跟踪控制。数值仿真表明,控制器能够实现对于期望末端轨迹的有效跟踪。     

间接Legendre伪谱法的欠驱动航天器姿态运动轨迹跟踪

针对仅带有两组喷气推力器的非轴对称欠驱动刚性航天器,提出一种基于间接Legendre伪谱法的姿态运动轨迹跟踪控制算法。首先采用Legendre伪谱法(LPM)离线规划出系统的最短时间姿态机动参考轨迹。接着将实际运行轨迹与参考轨迹之间的偏差作为变量,根据Pontryagin极小值原理必要条件把系统姿态运动跟踪问题转化为一个两点边值问题(TPBVP)。最后采用 Legendre-Gauss-Lobatto(LGL)点将此两点边值问题离散转化为一个线性方程组来求解,避免了对传统Riccati微分方程的积分运算。数值仿真校验了本文基于间接Legendre伪谱法的姿态运动轨迹跟踪控制算法的有效性。     

基于追逃博弈的非合作目标接近控制

针对追踪航天器接近非合作目标任务中的相对位置控制问题,提出了一种基于线性二次型追逃博弈的控制方法。首先,将非合作目标接近问题转化为二人追逃博弈问题,并设计了二次型目标函数。其次,结合相对运动模型,建立了线性二次型追逃博弈模型。为得到纳什均衡策略,将HJ方程转化为代数黎卡提方程,并给出了李雅普诺夫迭代法对其求解。最后,对博弈控制方法的有效性进行仿真验证,结果表明,该方法能够在非合作目标机动时实现轨道接近控制。     

失效航天器姿态接管的SDRE微分博弈控制

针对燃料耗尽的失效航天器姿态接管控制问题,提出多颗微卫星协同实现姿态稳定的状态相关黎卡提方程(SDRE)微分博弈控制方法。首先,将姿态接管问题转化为多颗微卫星的微分博弈问题,基于组合航天器的姿态模型和微卫星的性能指标函数建立多颗微卫星的非线性微分博弈模型,微卫星通过独立优化各自的性能指标函数得到控制策略。其次,引入状态相关系数矩阵,将非线性博弈转化为状态相关线性二次型博弈,采用SDRE方法更方便地逼近微卫星的博弈均衡策略。最终通过李雅普诺夫迭代法求解耦合状态相关黎卡提方程组得到微卫星的状态反馈控制器,实现微卫星的自主决策。数值仿真验证了多颗微卫星采用微分博弈控制方法实现姿态接管的有效性和容错性。     

基于Riccati方程解的再入飞行器制导律设计

提出一种再入飞行器纵向制导律设计方法。首先对纵向运动方程沿着实际轨道线性化,然后利用线性最优调节器原理设计制导律。在每个制导周期内求解代数R iccati方程,利用其正定解构造反馈控制律,与标准轨道的控制量叠加后形成全量控制,用于实际再入轨道的制导。仿真结果表明,所设计的制导律对再入初始偏差具有较强的鲁棒性,同时它也能较好地补偿由于气动参数和大气密度摄动造成的航程误差,从而保证落点精度。     

一种飞行器最优末制导律研究及仿真

为使再入飞行器攻击目标时获得最大毁伤效果,基于弹目相对运动方程,并考虑落角等多约束条件,用线性二次型(LQR)最优控制的黎卡提方程,设计了一种新的最优末制导律,并给出了零阶无时延系统的近似表达式。典型弹道和不同约束条件下的仿真结果表明:该末制导律有较优的精确性、有效性和弹道性能。     

伸展悬臂梁动态特性分析

本文基于Ｌａｇｒａｎｇｅ方法推导了伸展悬臂梁的动力学方程，分析了伸展速度、加速度对梁动态特性的影响。对悬臂梁在不同的伸展规律、不同的外激励下的响应进行了数值模拟。结果表明，伸展长度、速度对梁的动态特性有显著影响。