基于自主规划的载人航天器飞行程序设计

针对航天器飞控任务中因飞行程序的准确、实时需求,对地面人力、物力和测控资源强依赖的现状,提出基于自主规划的载人航天器飞行程序设计方法,并设计了飞行程序自主规划系统。自主规划系统由测控覆盖计算模块、知识配置模块和规划调度模块组成,测控覆盖计算模块自主生成进出测控区的程序,知识配置模块对指令约束条件等航天器模型进行描述,规划调度模块以约束条件传递的方式规划任务程序,实现不依赖地面的自主飞行程序设计。通过建立自主规划系统与控制等分系统之间的信息交互,可有效解决飞行程序与控制的协同问题,并实现不依赖于测控资源的紧急故障处理。     

一种三模混合冗余总线控制系统设计研究

为了简化三余度容错总线控制系统设计,提高其容错效率,提出了一种自检、互检与表决机制相结合的软硬件协同混合冗余管理机制。该机制采取当班机主控、备机跟随当班机运行的工作方式,构成了间接的三取二表决机制,实现了三机表决、双机热备与单机运行3种工作模式自动切换,可以容忍任何配套设备任何余度模块任意组合的一度故障与典型二度故障,取消了一般三模冗余模块之间的交叉数据通信链路,简化了软硬件设计,提高了系统实时性。试验表明,在不同的故障发生时机条件下,经过0~2个控制周期可以完成系统重构。     

一类非线性系统的故障诊断与容错控制集成设计

研究一类非线性系统故障诊断与容错控制的集成设计问题。针对执行机构故障,结合反馈线性化理论、不变集理论以及鲁棒H∞控制理论,提出一种对执行机构故障具有完整性,并且能够迅速准确地诊断并隔离故障的故障诊断与容错控制集成设计方法。为了提高闭环控制系统的动态性能,完成了控制回路的极点区域部署设计。将该方法应用为卫星姿态控制系统的故障诊断与容错控制集成设计,仿真证明了该方法的有效性。     

过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制

针对四反作用飞轮配置的刚体航天器执行机构故障以及外部干扰等问题,提出一种姿态容错控制分配算法。该方法通过设计滑模观测器,实现在有限时间内对执行机构故障与外部干扰的精确重构;特别地,应用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能够在有限时间内实现对闭环姿态的全局渐近稳定控制,且该控制策略可实现对反作用飞轮故障与外部干扰的鲁棒性。此外,采用计算量较小的基序最优控制分配方法快速实现了期望控制力矩到四反作用飞轮指令控制力矩分配。最后,针对某型号航天器以及各种反作用飞轮故障进行数值仿真,仿真结果表明所设计过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制方法能够在线、及时、精准地完成故障重构与控制分配。     

考虑执行机构故障的导弹姿态控制系统的集成容错控制

研究了一类发动机十字型布局的导弹姿态控制系统的容错控制问题,提出了一种考虑执行机构故障的导弹姿态控制系统集成容错控制方法。该方法针对执行机构的恒增益变化故障和卡死故障,首先提出了集成容错控制的总体策略,然后分别基于线性矩阵不等式方法和故障补偿思想,给出了在圆盘极点指标和H∞指标两个相容指标约束下的状态反馈满意容错控制器和故障补偿器的设计方法。最后在Matlab/Simulink环境下将该方法应用于导弹姿态控制系统进行仿真实验,结果表明了该方法的有效性和可行性。     

一类强耦合强不确定性强非线性快时变系统复合控制

分析一类强耦合强不确定性强非线性快时变系统的控制问题。基于系统力学特性和动力学特性，提出一种复合控制方法。该复合控制方法由三个核心模块组成，依次为强耦合强不确定性控制模块、强非线性快时变控制模块、智能调度模块。以某典型强耦合强不确定性强非线性快时变特性飞行器对象为例，给出了采用该复合控制方法的详细设计。最后，在精确的仿真模型基础上，考虑天地不一致性情况，进行了多组仿真分析，仿真结果表明，该方法有效、可靠。     

航天器空间自主交会故障诊断与容错控制的集成设计

提出了一种航天器圆轨道自主交会故障诊断与容错控制的集成设计方法。在考虑推力器输出约束的情况下,完成了故障诊断与容错控制的集成设计,该集成设计包括鲁棒容错控制器设计和鲁棒故障观测器设计两大部分。为了提高交会过程中的过渡性能,对该控制器完成了鲁棒D稳定性分析。仿真表明该设计具有良好的动态性能和对推力器故障的容错性,并且能够快速准确地诊断出推力器和交会敏感器的故障。     

故障检测补偿式三余度伺服控制方法设计验证

为满足全系统数字化需求,并确保产品可靠性,对各类三余度控制技术进行了对比分析。针对机械反馈式伺服机构的控制特点,对故障模式采用智能识别技术,分析了不同故障模式对伺服系统的影响。采用软硬件结合的智能控制技术,设计了一种新型三余度伺服控制方法;搭建了系统故障模拟试验平台,经验证满足设计意图,在一度故障及一种两度故障模式下,伺服机构性能也可以满足任务需求;最后对三余度伺服控制方法的发展进行了展望。     

一类质心突变飞行器的重构容错控制

提出了一类质心突变飞行器的一种故障诊断与控制律重构设计方法。采用以unscented卡尔曼滤波为基本估计单元且用闭环系统性能为指标的交互式多模型算法对飞行器故障情况进行检测与诊断;设计了飞行器比例导数加前馈补偿的姿态跟踪控制律;当诊断出故障时,重构控制律的结构,采用滑模变结构容错控制律对系统进行补偿控制。最后,用飞行器一次分离体释放前后的姿态跟踪过程进行了数值仿真,验证了方法的有效性。     

基于某无人机操纵面故障重构控制方法研究

操纵面故障会直接影响无人机执行任务的效率和生存力.针对某多操纵面无人机给出了一种神经网络自适应重构控制方法,并在理论上证明了该方法的有效性.该重构控制方法可对建模不准确和操纵面故障(卡死、受损或松浮)等因素引起的逆误差进行有效补偿.仿真结果表明,所设计的神经网络重构控制方法,不仅可以补偿系统建模误差和参数摄动对控制系统的影响,还可以对故障操纵面在线重构控制律,使操纵面故障飞机能够继续执行任务,提高了飞机的稳定性、操纵性和生存力.     

南航站遥测数据实时软件

文章介绍了用自顶向下研制法开发了一个长空1号遥测数据实时处理程序。介绍了主控制模块、下级控制模块双重控制系统的设计思想和实时采集、写盘、计算子功能模块设计方法与技巧以及各模块之间的关系。其中强调了一些实用算法的应用,在充分有效地利用主机系统的资源和发掘其潜力、提高运行速度方面的重要性。     

基于快速终端滑模的航天器自适应容错控制

针对存在不确定的执行机构部分失效故障和未知外界扰动的航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种基于自适应快速终端滑模控制的容错控制方法。在没有故障检测与诊断信息的情况下,采用快速终端滑模控制原理,利用自适应算法在线估计得到的故障信息,设计具有鲁棒性的容错控制器,使系统在执行机构故障发生时,能在有限时间内以指数收敛,实现系统有限时间渐近稳定,以及对航天器的容错控制和干扰的抑制。仿真结果表明,与基于普通滑模控制器的容错控制相比,该方法在保证系统鲁棒性和可靠性的同时,具有更快的收敛速率,实现执行机构故障时有效的航天器姿态跟踪控制。     

基于自适应模糊估计器的卫星容错控制系统

针对姿态控制系统出现故障对卫星稳定性和控制性能的不利影响,本文提出了一种基于自适应模糊故障估计器的全局动态滑模变结构容错控制算法。设计了一个自适应模糊估计器对系统中的故障函数在线进行估计,通过将估计所得的故障函数引入控制律中,对未知故障进行补偿。为了使得系统响应对外部干扰具有全局鲁棒性,本文为控制器设计了一种全局动态滑模面。采用Lyapunov方法证明了在线故障估计器和控制器的稳定性,并通过仿真进行了验证。仿真结果表明,故障估计器能够很好地对故障进行估计,保证控制器在故障情况下具有良好的动态性能;控制器对某卫星具有良好的控制精度,并且对外界干扰有较强的鲁棒性。     

大型挠性空间结构控制系统的整体性分析与设计

本文针对大挠性空间结构控制系统中的传感器和伺服控制机构的故障问题出了一种整体性分析和设计方法。利用这一方法所设计的ＬＦＳＳ控制系统不但具有期望的动态性能，而且当某一传感器或伺服控制机构发生故障时，系统仍然具有基本的稳定性以避免结构损坏，此外，文章还讨论了与传感器和伺服控制机构故障紧密相关的冗余传感器和伺服控制机构的配置问题，文中以一个带有两块大型太阳能电池列的空间站系统为例，详细地介绍了所提出的控     

载人航天器手动控制系统设计

航天员手动控制系统可作为自动控制和地面处置的备份手段。为了提高航天员在载人航天器驻留期间应对设备故障和突发事件的处置能力,采用系统工程方法对航天员手动控制系统进行了设计。通过地面试验测试,证明该手动控制系统设计能够有效地降低设备故障以及突发事件给航天员安全带来的风险。     

过驱动卫星姿态动态控制分配研究

针对受干扰、飞轮故障、安装偏差和饱和影响的过驱动卫星的姿态控制问题提出了一种控制器设计方法。首先建立了过驱动卫星的姿态方程，给出了飞轮安装偏差、故障和饱和的数学描述。随后设计了存在外界不确定干扰和飞轮安装偏差时的滑模控制律，再应用动态控制分配解决过驱动卫星飞轮故障问题，最后考虑飞轮存在饱和时，使用零空间法使飞轮力矩指令保持在可行区间之内。设计的控制方法避免了复杂的控制器设计过程，控制器更为简单，适应性更广，更容易理解且更易于工程应用。     

应用SpaceWire网络的航天器分布式存储系统设计

针对航天器数据存储需求多样化的发展趋势,提出了应用SpaceWire网络的分布式存储系统设计。系统由控制模块和存储模块组成,为航天器载荷设备提供标准SpaceWire物理层、链路层接口,并在网络层提供统一的虚拟数据接口,通过逻辑地址进行标志和寻址,可屏蔽系统内部网络细节;载荷设备不必关注存储系统内部网络结构的变化,当部分模块故障时,可重新规划传输路径,对分布式存储系统进行重构,实现系统控制和数据存储功能的迁移。与存储需求相近、配置双固态存储系统的设计相比,其接口种类、协议设计更加简化,且系统重构方面的优势更为明显。     

柔性关节空间机械臂传感容错无模型自适应控制

针对传感信号畸变、丢失等故障状态严重影响空间机械臂控制系统性能的问题,提出基于空间机械臂运动传感器故障观测的无模型自适应容错控制方法。采用动态线性化和递推参数估计思想设计传感故障监测器,实现对传感畸变及数据丢失等故障的判定,并进行运动状态预测估计;建立包含跟踪误差变化率项的无模型自适应控制准则函数,有效惩罚由传感故障引起的参数估计突变问题;设计面向柔性关节空间机械臂的新型传感容错无模型自适应控制（SFT-MFAC）算法。仿真结果表明,在不同传感故障情况下,所提控制策略均能快速准确识别传感故障信息,避免系统瞬时发散,有效延长系统响应时间,增加控制系统的鲁棒性。     

载人航天器大气环境控制系统性能集成分析

考虑到载人航天器大气环境控制系统设计参数和控制参数众多,文章建立了一种载人航天器大气环境控制系统性能集成仿真分析模型,包括舱体模块、航天员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块和二氧化碳净化模块。利用该模型对载人航天器常规工作模式下大气环境控制系统性能进行了计算分析,得到了在不同热负荷水平下载人航天器密封舱空气各个参数随在轨时间的变化趋势,结果表明:氧分压控制、二氧化碳净化和人区温湿度控制之间存在着密切的相互影响关系,不可孤立地进行分析。此外,文章还分析确定了非常规工作模式下热负荷水平允许上限,为载人航天器工作模式的确定提供了依据。研究结果有助于载人航天器大气环境控制系统的设计和流程改进。     

基于SRAM的FPGA片上容错技术

针对基于SRAM的FPGA的结构特点,对三模冗余进行了改进,提高了可靠性。提出了一种有多个重构模块可以容忍多个故障的局部重构方法,阐述了其实现方法,并做了性能分析,运用此方法设计了自主研发项目中的遥测、遥控电路,并在美国Xilinx公司的Virtex系列FP-GA上演示了其实施过程。