基于开关式Hall传感器的飞轮低速控制

研究了基于TMS320LF2407A的飞轮用无刷直流电动机的数字化速度控制方案。为提高飞轮系统的可靠性,通常在电机定子上安装开关式Hall器件来检测转子的位置。但由于Hall所能提供的位置脉冲有限,在低速时,仅利用Hall提供的位置信息,很难得到精确的速度估计。为此,文中提出改善基于Hall的无刷直流电机速度估计性能的两种方法:一是增加Hall数量,二是标定Hall安装偏差。不同条件下的实验结果表明,本文所提的方法是有效的。     

卫星编队飞行相对位置保持的脉冲控制

研究了卫星编队飞行相对位置保持的脉冲控制方法。分析基于动力学模型的周期脉冲控制策略,讨论其工程可实现性,并在考虑存在较大测量噪声情况下提出了周期多步脉冲控制的方法。数字仿真的结果比较显示了这种多步脉冲控制方法的有效性。     

微波成像仪伺服控制系统研究

系统采用稀土永磁同步电机作为伺服驱动电机 ,永磁无刷直流电机作为动量平衡电机构成微波成像仪驱动系统。伺服电机驱动采用电流、速度和位置三环控制 ,实现了伺服电机的稳定和高精度的运行。平衡电机驱动采用电流、速度和加速度三环控制 ,保证了平衡电机能够快速、精确地跟踪。系统基于多边形磁链轨迹法的设计思想 ,用作图法求得三相电压型逆变器的开关波形系列 ,硬件以TI公司的电机专用控制芯片TMS32 0F2 4 0DSP为控制核心 ,实现的伺服控制系统不仅具有优良的低速性能 ,而且精度高 ,转矩脉动小     

静止轨道卫星远程交会策略设计

针对静止轨道卫星在轨服务任务,提出一种4脉冲远程快速交会规划方法,可在5圈内完成远程交会。调相策略设计中,通过对基于近圆偏差方程的变轨规划策略进行改进,设计得到了3脉冲调相方案。首先,固定第1和第2调相脉冲执行位置,对3个调相脉冲的速度增量及第3调相脉冲的执行位置进行设计优化;再固定第1调相脉冲,对第2和第3调相脉冲的速度增量和执行位置进行再次优化。轨道面调整设计中,通过求解轨道面节线位置,采用单一法向脉冲进行轨道面修正。数学仿真校验了所提出方法的有效性。     

基于虚拟仪器和PXI总线的电磁阀控制系统研制

为满足姿轨控火箭发动机快响应电磁阀的高精度脉冲控制需求,研制了一套基于虚拟仪器和PXI总线的脉冲控制系统。该系统选用成熟PXI总线硬件平台,设计可靠的电磁阀驱动电路,在LabVIEW图形化编程环境中完成控制软件的设计开发。经过全面的系统测试和验证后,控制系统多次应用于发动机地面试验中,表现出性能优良、可靠性高的特点,实现了快响应电磁阀的高精度脉冲控制。     

一种基于EPSO的航天器交会轨迹优化方法

研究了航天器在固定时间内燃料最省的多脉冲交会问题,提出了一种基于种群熵粒子群优化 (Population Entropy based Particle Swarm Optimization,EPSO)算法的交会轨迹优化设计方法。采用线性化C\|W方程描述航天器的相对运动,以能耗最优为控制目标,得到了基于连续推力的最优转移轨迹,用于确定脉冲点的位置。考虑工程实用性,采用多脉冲控制方法,利用脉冲点的位置参数建立了以脉冲点时间间隔为决策变量的优化目标函数,并用EPSO算法进行求解。在EPSO中,种群熵描述粒子在搜索空间中位置分布的混乱程度,并通过上一代的种群熵确定下一代的搜索空间,从而减少搜索空间的浪费,提高了算法的搜索速度和收敛精度。仿真结果表明,算法本身具有良好的优化性能,适用于航天器轨迹优化。     

空间站伴随卫星的相对运动控制

研究了空间站伴随卫星在绕飞和回收阶段的相对位置与速度控制。基于C-W方程提出了伴随卫星的脉冲控制和滑模-开关控制两种绕飞控制方法,给出了控制模型并进行了比较。另设计了用于伴随卫星回收控制的模糊控制器,给出了模糊控制规则。仿真结果表明:两种绕飞控制法简便易行,适于工程应用。与一般模糊控制方法相比,此控制器利用了航天器自身的动力学特性,可使燃料更省。     

小天体软着陆自主光学导航与制导方法研究

针对小天体软着陆任务自主性、实时性的需求,对软着陆小天体自主导航与制导问题 进行了研究。提出了一种利用激光测距仪和光学导航相机跟踪目标着陆点的自主导航方案, 利用测距矢量以及目标点之间的几何关系,确定着陆平面法向方向和目标点位置。分析期望 的探测器下降轨迹特点,给出了一种基于制导变量的脉冲控制制导律,通过对目标点视线与 着陆平面法向矢量之间夹角的控制,将软着陆小天体控制分解为切向控制与法向控制两部分 。最后,通过数学仿真对自主导航制导系统的性能进行了验证,结果表明该方法能够满足垂 直软着陆的任务需要,实现高精度软着陆。     

近地卫星编队构形保持方法

针对J2摄动和大气摄动导致低轨编队卫星构型破坏的情况,基于高斯摄动方程给出了以平均轨道根数为被控制量的脉冲控制模型。利用法向脉冲调整轨道倾角和升交点赤经偏差,在轨道上2个位置施加径向和切向脉冲调整其余轨道根数偏差从而修正卫星编队构形。最后通过数值仿真验证了算法的简单性、有效性。     

基于C-W方程的近程导引制导与控制方法

根据轨道动力学建立的航天器自主交会绝对运动与相对运动动力学方程,设计了基于C-W方程的近程导引段双脉冲和多脉冲制导与控制方案。采用闭环多脉冲制导,以控制精度和燃料消耗为指标,对双脉冲、等时间间隔多脉冲和闭环多脉冲制导进行比较。仿真结果表明:闭环6脉冲制导可用于近程导引段,有一定的工程应用价值。     

航天磁悬浮发射脉冲磁流体供能系统方案分析

针对航天发射低成本、安全可靠运输方式的需要,阐述分析了航天运载器磁悬浮发射概念及其能量供给需求。在重点研究了固体火箭燃料脉冲磁流体发电机的关键技术及发展水平后,基于俄罗斯四台“Sakhalin”脉冲磁流体发电机单元,提出和设计了用于助推发射100吨地面载荷(飞行器和磁悬浮橇体)实现4g加速度的能量供给方案,同时分析磁悬浮发射过程中三相直线电机加速和控制的特点,提出可行的逆变器功率转换系统方案。     

拉格朗日点附近编队的离散控制方法

由于拉格朗日点的独特空间位置，它附近的编队研究对深空探测有着很重要的意义。讨论了日地系统拉格朗日点附近编队的脉冲控制方法，给出了一种简单的实现编队的迭代算法。基于该算法，讨论了两种不同控制策略。根据编队任务的特点，定义了几个与编队误差和能量消耗相关的性能指标。通过仿真圆形编队算例，对两种策略进行了比较分析。结果表明策略二无论在消耗能量方面还是在误差控制方面都优于策略一。对于策略二，当脉冲间隔一定时，能量消耗随编队半径的增加线性增加。当编队半径一定时，误差随脉冲间隔的减小呈指数减小，而能量消耗随脉冲的变化很小。     

小推力速度闭环交会制导律设计

在空间飞行器交会对接的近程导引阶段,以小推力喷气发动机作为执行机构,同时完成轨道控制和姿态稳定.基于C-W方程提出了速度闭环交会制导方案,依据转动惯量是否为对角占优阵,姿态与轨道协调控制采用分时控制方案或同时控制方案,轨控推力和姿控力矩指令由同一套小推力发动机来执行.分析了此方案的制导误差,并提出了分步多推力弧段的小推力交会制导方法以提高制导精度.基于MATLAB/Simulink仿真平台实现了两个空间飞行器的分步多推力弧段近程交会导引仿真,仿真结果证实了所采用方法的有效性.     

三阶时变离散系统的一致渐近稳定性

特征建模的方法为智能控制器设计和一些高阶对象进行低阶控制器设计提供了理论依据，特别是为大型空间挠性航天器的控制提供了一种有效的途径。但是，对于阶次和参数未知的高阶线性定常系统基于特征模型设计的自适应控制方案，其稳定性问题尚未完全解决，这一问题实际上归结为时变离散系统的稳定性问题。对于位置保持或位置跟踪控制，基于特征模型设计的自适应控制方案其稳定性问题即为三阶时变离散系统的稳定性问题，利用Lyapunov直接方法定量地给出了三阶线性时变离散系统和一类非线性三阶时变离散系统一致渐近稳定的判据，从而为基于特征建模设计适当的控制律以满足稳定性的要求提供了理论依据。     

脉冲爆震发动机旋转阀技术研究

为解决脉冲爆震发动机高频稳定连续燃烧推进剂间歇式供应难题,开展了旋转阀技术研究.通过采用伺服电机驱动二阶凸轮特殊结构设计,将电机轴的旋转运动转换为控制阀芯的直线开关运动,并放大电机旋转频率特性,实现最大200 Hz的高频控制.突破了高频响应、长寿命驱动和氧气安全性保障关键技术,完成旋转阀鉴定试验和脉冲爆震发动机地面点火试车考核.研究结果表明,与传统电磁阀相比,旋转阀能够有效提高响应频率,实现了爆震波的稳定连续输出,满足工程应用要求.     

天线伺服系统大角度调转控制策略研究

首先对天线伺服系统模型及组成结构进行简要分析,在此基础上建立基于误差-速度的状态空间数学模型。然后利用双积分型最优控制的相关结论,给出基于电流控制的最优控制律,用于天线伺服系统角度调转,并在此基础上结合位置环输出对电流的影响,实现了基于位置环输出的bang-bang控制。为避免bang-bang控制在控制末端出现角度震颤,采用bang-bang控制和PID控制相结合的双律控制策略,并给出双律切换条件的设计方法。最后在实际系统中进行测试验证,结果表明上述方案简单有效。     

基于J2项和大气阻力摄动的卫星编队保持方法研究

研究J2摄动和大气阻力对低轨编队卫星相对位置的影响,在此基础上给出一种编队保 持方案。文中定量分析了J2摄动对编队卫星三轴相对位置的影响,给出了大气阻力对编队 卫 星相对轨道要素影响表达式。在同时考虑两种摄动力前提下,推导给出了x方向受摄动 的漂移量Δx与编队卫星轨道长半轴之差Δa的周期变化量之间的解析关系式,基于 该关系式,设计了单边极限环形式的卫星长期编队保持控制方案。最后通过数学仿真验证了 该方案的可靠性,仿真结果与理论分析相符。该控制方案在计算控制量时只需知道编队卫星 的轨道长半轴之差,容易实现,为工程实践提供依据。
     

基于激光雷达测量的空间交会对接相对导航

激光雷达可以作为空间交会对接过程中的相对导航敏感器之一。本文基于线性H ill方程和经典双脉冲交会理论,给出一种两航天器多脉冲交会算法。结合激光雷达的测量值设计相对导航EKF滤波器。仿真结果表明通过滤波,激光雷达能够为航天器交会对接提供足够精度的相对位置和相对速度信息。     

基于分段连续推力的晕轨道控制方法

基于小偏差理论,推导了三体动力学模型的误差线性模型,并将此假设下的控制归纳为终端固定的有限时间调节器问题。在此基础上,进一步利用该最优控制方法推导了晕轨道周期内的连续小推力控制方案,验证了控制加速度及状态量的收敛。同时针对整周期控制方式在超调后状态量收敛速度慢的问题,通过分段连续推力控制模式(Sectional Continuous Thrust Control,SCTC)来近似瞬时脉冲推力控制模式,给出了最短分段控制时间的计算方法。实验表明,SCTC模式加快了轨道状态的收敛速度。对于km级入轨偏差,通过1次控制即可使实际轨道收敛至标称轨道。     

微机实时控制数字测距器的原理与实践

介绍一种采用微机进行实时控制的全数字化测距器的基本原理.对于单脉冲跟踪雷达测距器,其主要任务是:准确地测定混有噪声的回波信号脉冲相对于发射基准脉冲的时间位置并连续跟踪其变化.对回波信号脉冲时间位置的单次测量由时间鉴别器完成,而时间位置序列的平滑滤波则由平滑滤波器解决.本方案的特点,就是采用微机(Z8000)作为一个具有一定传递函数的数字滤波器,能有效地滤去测量信号脉冲时间位置序列中的噪声干扰,并能得到稳定的信号脉冲时间位置的估值.而时间鉴别器则采用一种新颖的“计数相减”方案,使整个系统的跟踪惯性小、精度高.最后给出系统工作流程图及实验结果.