中继卫星天线指向控制策略研究

首先根据中继卫星系统中中继卫星跟踪用户星的要求,定义了中继卫星天线坐标系,推导出了中继卫星天线对用户星的跟踪规律,通过该跟踪规律可以推出中继卫星跟踪用户星时天线方位和俯仰轴转角,为了保证中继卫星与用户星之间的通信,中继卫星单址天线需要精确的指向用户星;然后详细描述了天线指向控制概念,并且设计了星上自主控制方案,星上自主控制方案由捕获和自动跟踪模式组成,一方面设计了天线捕获过程,另一方面对自动跟踪模式的天线步进逻辑进行了合理选择;最后根据推导的跟踪规律,以不同轨道的用户星作为跟踪目标,对所设计的天线指向控制系统进行了数学仿真,并且通过对仿真结果的分析验证了中继卫星单址天线指向性能。     

中继卫星跟踪航空器的星间天线指向控制算法研究

针对中继卫星应用于航空飞行器类目标的跟踪,研究了中继卫星跟踪航空器的星间天线指向控制问题。在考虑中继卫星捕获跟踪系统工作特点和航空器飞行特点的基础上,完成了基于航空器预定航迹的中继卫星星间天线跟踪指向控制算法,通过采用分段拟合方法和有约束的最小二乘算法,实现了航空器跟踪弧段内星间天线稳定的高精度指向控制。进行了航空器某预定航迹的跟踪控制计算,仿真算例表明了该指向控制算法的有效性。     

中继卫星应用于航天发射的跟踪控制技术研究

围绕中继卫星应用于航天发射测控的跟踪控制技术,重点研究了对运载火箭的高精度指向控制计算方法,并通过对仿真发射弹道的模拟跟踪,完成了中继卫星星间天线对运载火箭高精度的跟踪指向控制计算。研究表明采用中继卫星系统可以完成对运载火箭的高精度指向跟踪任务,满足航天发射测控任务需求。     

用户星天线空间扫描策略

 天线空间扫描过程是建立中继卫星系统星间链路的关键阶段之一。首先分析比较了水平行扫、螺旋扫描和分行螺旋扫描策略,并根据分析结果,结合轨迹预处理算法,设计了一种变速分行螺旋扫描策略。然后采用蒙特卡罗仿真分析了用户星天线开环回扫指向精度,近似确定了天线空间扫描的范围。最后通过仿真比较等速分行螺旋扫描和变速分行螺旋扫描策略,并仿真了用户星天线捕获中继卫星的过程,通过仿真结果证明所设计的变速分行螺旋扫描具有一定的工程应用价值。     

中继卫星星间天线指向误差传播率研究

基于中继卫星星间天线对用户航天器的跟踪规律,建立了准确的误差传递模型,并对分析结果进行了仿真验证。文中首先定义了误差传递模型所需的各类坐标系;然后使用微分方法分别建立了中继卫星轨道误差传递模型、中继卫星姿态误差传递模型,分析了滚动角、俯仰角和偏航角与指向精度之间的关系,以及位置保持控制对指向精度的影响;最后借助于STK软件的轨道计算功能,使用蒙特卡罗方法进行数学仿真,仿真结果验证了误差传递模型的准确性。     

中继卫星H∞姿态稳定控制研究

 主要研究中继卫星H_∞回路成形姿态稳定控制问题。中继卫星具有弱阻尼的柔性模态频率和晃动模态频率,并且模态频率具有不确定性,同时系统增益也存在有较大的变化。首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的结构不确定性,然后设计了H_∞回路成形控制器。在设计过程中,首先提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标;随后利用H_∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,利用ν间隔度量方法对所设计的控制器进行了降阶处理,并且对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析;最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性。     

一种廉价的天基数据中继方法

美国国防部低轨卫星试验任务越来越需要不间断通信,使我们对地球同步数据中继业务更为关注。与额外再建造空军卫星控制网远方地面站相比,这可能是一种更经济的办法,而且可避免某一试验任务独占很多控制网资源。一种能近期试验天基数据中继系统的低费用解决办法是利用现有的两颗国防通信卫星Ⅲ号卫星,两个现有的超高频(SHF)地面终端站,以及被试卫星上的一个天线能自主指向的标准化小型终端。本文就来介绍这一系统。     

考虑断点续传的中继卫星调度模型及启发式算法

为提高中继卫星系统的应用效能及数传任务的完成率，在中继卫星调度中考虑了断点续传这一应用模式，即对单个数传任务进行合理拆分，使其在多个时间窗口内完成。首先构建面向断点续传的中继卫星单址天线的调度模型，然后提出一种基于冲突风险评估的冲突度量化方法，并设计考虑断点续传的两阶段调度算法。最后开展大量的仿真实验将该算法与贪婪算法、基于最小冲突度的启发式算法和基于任务优先级的启发式算法这3个不考虑断点续传的算法进行对比。实验结果表明，所提出的算法在任务完成率方面分别提高了7.67%、6.34%和8.67%。     

用户星中继终端天线指向算法

在保证精度要求的前提下,通过对算法模型进行合理简化,给出了适合在星载控制单元上运行的用户星中继终端天线指向算法及软件实现,通过在星载模拟计算平台TMS320VC33上的仿真实验,验证了所给算法和软件的精度及运算效率。     

具有主动磁控的重力梯度稳定系统的研究

介绍了主动磁控太阳同步轨道遥感小卫星控制系统的分析与设计,其中包括卫星广义动力学模型的建立,磁偶极子分配与生成以及满足控制能限要求的系统分析与设计等,最后,通过数学仿真人出稳定系统的性能指标,仿真结果表明,对于具有非线性,变系数和交叉耦合的广义飞行器动力系统,主动磁控加重力梯度稳定可使卫星姿态达以优于５度的对地指向精度。     

飞机直接力模态控制律设计

 本文应用特征结构配置理论提出了一种飞机直接力模态控制系统设计方法,即适当选取闭环特征向量使得飞机相应状态动态解耦,从而实现飞机直接力模态控制要求。本文为某型飞机设计了直接力两种模态——机身俯仰和垂直平移的控制器。     

空间站姿态控制系统实时仿真研究

研究了五棱锥构型的单框架控制力矩陀螺群作为执行机构的空间站姿态控制系统的实时仿真问题.根据空间站姿态控制系统的实时分布式仿真要求设计了仿真节点结构,综合了四种网络连接形式构建系统的实时网络环境,说明了仿真系统软、硬件平台的选择,以及系统仿真中的调度设计问题.最后对整个系统进行了分布实时仿真,运行结果说明了这种空间站姿态控制系统方案是可行的.     

轻型高精度卫星的变结构姿态控制器

针对某些小卫星高指向精度和高稳定精度的姿态控制要求,设计了能克服反作用轮转速过零扰动的变结构姿态控制器,并对反作用轮转速过零时低速摩擦对卫星姿态产生扰动的机理进行了分析,建立了仿真用反作用轮低速摩擦动力学模型。同 PID控制器相比,该变结构姿态控制器能有效抑制反作用轮的低速摩擦影响,并具有良好的鲁棒性。数学仿真进一步证明了该变结构姿态控制器的有效性,其指向精度和稳定精度分别可达 0.3°和 0.0 0 1°/     

Event-triggered and consensus-based attitude tracking alignment for discrete-time multiple spacecraft system exploiting interference

This paper presents a discrete-time attitude control strategy with equi-global practical stabilizability for aligning the attitude of multiple spacecraft to a predesigned configuration according to a time-variant reference. By utilizing the interference of the wireless channel, the communication scheme designed in this paper can save communication resources, amount of computation, and energy proportionally to the number of spacecraft. The exact discrete-time model and approximate discrete-time model of the consensus-based spacecraft tracking system are given. Then the framework for the design of an event-triggered control scheme for the exact discrete-time system via its approximate models is developed, which avoids the periodic actuation, and Zeno behavior is proved to be excluded. Furthermore, the control scheme can handle the presence of the unknown fading channel. Finally, simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the control strategy.     

卫星光通信APT控制系统H∞设计

 捕获瞄准跟踪(APT)控制系统的设计是影响整个星间光通信系统性能的重要因素。利用指向偏差的概率分布阐述了卫星光通信过程中捕获概率、跟踪误差及误码率受卫星平台振动和终端装置参数摄动的影响,通过功率谱分析了卫星平台振动在低频段、对象不确定性在高频段对指向偏差的影响,并对其进行了模型化分析。采用H_∞控制混合灵敏度设计方法同时抑制干扰和处理受控对象不确定性问题进行控制器设计。仿真验证表明该方法得到的控制器对平台干扰具有抑制力,对对象摄动具有鲁棒性。     

A study on optimal control of the aero-propulsion system acceleration process under the supersonic state

In order to solve the aero-propulsion system acceleration optimal problem, the necessity of inlet control is discussed, and a fully new aero-propulsion system acceleration process control design including the inlet, engine, and nozzle is proposed in this paper. In the proposed propulsion system control scheme, the inlet, engine, and nozzle are simultaneously adjusted through the FSQP method. In order to implement the control scheme design, an aero-propulsion system component-level model is built to simulate the inlet working performance and the matching problems between the inlet and engine. Meanwhile, a stabilizing inlet control scheme is designed to solve the inlet con-trol problems. In optimal control of the aero-propulsion system acceleration process, the inlet is an emphasized control unit in the optimal acceleration control system. Two inlet control patterns are discussed in the simulation. The simulation results prove that by taking the inlet ramp angle as an active control variable instead of being modulated passively, acceleration performance could be obviously enhanced. Acceleration objectives could be obtained with a faster acceleration time by 5%.     

在轨加注任务中变质量特性下的空间操作臂状态扩展自适应镇定控制

模块更换方式在轨加注任务面向不同类型的多个待加注目标与推进剂模块,过程中涉及航天器对接与分离、推进剂模块拆卸与组装等多种操作,研发时需要考虑系统中质量特性变化复杂,以及地面验证中存在的全周期、遍历性的任务级微重力模拟试验难以实现的问题。首先,针对地面调试良好时在轨加注空间操作臂系统可能被掩盖的非线性动力学特性,分析了一定参数范围下,任务执行过程中负载和基座质量特性变化对空间操作臂动力学特性和控制性能的影响。随后为实现对控制对象及环境改变的自适应性,基于惯性矩阵分解与重力载荷矩阵线性化,设计g的自适应律,并扩展系统状态变量,建立系统的Hamilton模型,进而基于能量函数整形与阻尼注入的无源性控制思想,设计预置镇定控制律,提出一种可对不同工况下的系统非线性实现自适应镇定的控制方案。最后,通过仿真研究验证了所提控制方案的有效性。