On the Precession of Saturn

The precession of Saturn under the effect of the gravity of the Sun, Jupiter and planet’s satellites has been investigated. Saturn is considered to be an axisymmetric (A = B) solid body close to the dynamically spherical one. The orbits of Saturn and Jupiter are considered to be Keplerian ellipses in the inertial coordinate system. It has been shown that the entire set of small parameters of the problem can be reduced to two independent parameters. The averaged Hamiltonian function of the problem and the integrals of evolutionary equations are obtained disregarding the effect of satellites. Using the small parameter method, the expressions for the precession frequency and the nutation angle of the planet’s axis of rotation caused by the gravity of the Sun and Jupiter are obtained. Considering the planet with satellites as a whole preceding around the normal to the unmovable plane of Saturn’s orbit, the satellites effect on the Saturn rotation is taken into account via the corrections in the formula for the undisturbed precession frequency. The satellites are shown to have no effect on the nutation angle (in the framework of the accepted model), and the disturbances from Jupiter to make the main contribution to the nutation angle evolution. The effect of Jupiter on the nutation angle and the precession period is described with regard to the attraction of satellites.     

卡西尼入轨探土星(上)

经过约7年、35亿千米的星际远航，价值连城、技术先进的美国大型空间探测器卡西尼，终于在2004年7月1日进入土星轨道，开始了它为期4年的环绕飞行，并已发回了一些照片。约6个月后，它还将释放所携带的子探测器惠更斯。后者将穿过浓密的大气，落向土星的卫星土卫六。它们将完成27项科学考察任务，主要是研究土星环的三维结构和动力学状态，分析土星卫星的表面成分和地质史等。     

卡西尼入轨探土星(下)

惠更斯着陆器直径2．7米，呈铁饼状，重319千克，由防热外罩和降落舱组成。防热外罩由多层耐热材料制成，用于在进人大气层时保护罩内的降落舱。降落舱由上／下平台、前盖和后锥组成，其中上平台用于安装降落伞、S频段发射机和天线等服务系统，下平台的两个面用于安装科学仪器。软件采用Ada程序语言，电源采用5组锂-二氧化硫蓄电池，总容量1600瓦时。     

基于综合观测器的执行器过程故障量精确诊断

执行器的非线性与输出不可得在一般复杂动力学系统中具有典型性,而其过程故障量的精确诊断是个前沿难点问题.针对该问题,研究一种面向控制系统和执行器的综合观测器方法.提出一种适用于带有非线性执行器复杂系统的新型自适应观测器方法,可克服输出量不可直接获得的条件限制,实现故障诊断并获得执行器真实输出估计;基于执行器输出估计与控制器输出量,采用扩张状态观测器实现过程故障量精确估计,从而为主动容错故障调节提供诊断依据.以卫星姿态控制系统飞轮摩擦力矩增大这一典型非线性执行器故障的过程故障量精确诊断为应用实例验证了本文方案的有效性及优越性.     

基于FLNDO的近空间飞行器鲁棒最优预测控制

针对有强烈干扰和不确定因素影响的近空间高超声速飞行器,提出了一种鲁棒最优广义预测控制律.控制律由最优广义预测控制律(OGPC)和一种新的泛函连接网络干扰观测器(FLNDO)构成.输出的有限时域预测由泰勒级数的展开实现.飞行中的未建模动态以及未知干扰由FLNDO来估计,并且文中也给出了FLNDO和闭环系统的稳定性分析.仿真结果表明对于姿态角和角速率的跟踪问题,设计的控制器达到了满意的控制效果,并且也成功实现了对干扰的抑制以及参数变化的鲁棒性要求.     

一种改进的观测器算法在制导中的应用

研究了导弹视线角和视线角速度可测情况下的制导信息估计问题,给出了一种改进的CB观测器(Cost-Based Observer)设计算法。基于非线性平面拦截模型,将目标机动看作一阶马尔可夫过程建立了制导信息滤波的非线性状态方程并将其化为SDC模型。针对系统能观性不足问题,提出了多状态相关系数矩阵加权组合的方案对CB观测器进行改进。并将其用于估计弹目相对距离、相对速度和目标机动加速度,利用估计的制导信息进行制导计算并与制导信息完全可测情况进行比较研究。最后,采用比例导引律进行仿真,结果表明本文所设计的观测器估计精度较高,且能满足制导性能要求。     

非线性不确定系统的滑模观测器设计

针对一类非线性不确定系统,给出了一种滑模观测器方案.设计了滑模与相应的控制策略以调整观测器跟踪系统状态的收敛速度,使状态估计达到预期指标,同时保证对系统非线性不确定性具鲁棒性.由滑模控制原理给出4条模糊规则,用于平滑不连续控制以削弱高频抖振.仿真结果验证了该控制策略的有效性.     

空对空单站被动跟踪体制与精度仿真分析

比较了空对空单站被动跟踪的只测角(BO)、角度相位差变化率和角度频率变化率三种典型定位跟踪体制的性能。基于状态及不同的测量模型,给出了扩展Kalman滤波(EKF)算法,讨论了测量精度对跟踪效果的影响。仿真结果表明:角度频率变化率体制的可观测性优于BO和角度相位差变化率体制;对辐射源匀速运动,观测器匀速运动即可跟踪;与BO测角体制相比,角度相位差变化率和角度频率变化率体制增加了观测量,跟踪收敛速度快。     

基于增广观测器的非线性系统执行器故障诊断

针对一类满足李普希茨条件的非线性系统,提出了一种新的执行器故障诊断方法。将执行器故障作为增广状态向量的一部分构造一个增广系统,然后利用线性矩阵不等式方法设计一个增广状态观测器,能够同时获得原系统的状态和执行器故障的渐近估计。利用李亚普诺夫理论分析了增广状态观测器的稳定性和收敛性。最后,将所提出的方法用于卫星姿态控制系统执行器的故障诊断,仿真结果验证了该方法的有效性。     

运动单站长基线干涉仪自校正定位方法

针对单站测向定位中多通道干涉仪系统复杂且易受通道幅相不一致性影响等问题,研究利用运动单站上的单个长基线干涉仪(LBI)测量的模糊相位差(PD),联合估计辐射源位置和相位差偏差,实现自校正定位。针对该问题的高度非线性,提出一种距离和偏差联合参数化增量高斯和滤波(RBJP\|AGMF)算法,然后利用初始相位差得到一组方位角,采用距离与偏差联合参数化方法获得一组高斯和滤波初始值。使用增量扩展卡尔曼滤波器(AEKF)组进行递推计算,并分析了定位误差的克拉美-罗下限(CRLB)。仿真结果表明该方法运算量较小,定位性能可接近CRLB。     

采用观测器的偏置动量小卫星姿态容错控制

针对偏置动量小卫星的自主飞行问题,提出一种基于不确定项观测器的滑模容错控制方法。应用欧拉-拉格朗日系统的干扰观测方法设计不确定项观测器,对动量轮输出力矩变小、磁力矩器线圈电阻漂移等执行器故障以及小卫星外部环境力矩等不确定项进行估计,理论推导证明该观测器的观测误差一致最终有界(UUB)。基于不确定项观测器的估计值,设计补偿控制项,并与滑模控制器的控制力矩合成实现姿态容错控制。从理论上证明该容错控制方法能够使小卫星姿态快速收敛至滑模面。该容错方法无需做小角度假设,对执行器运行状态信息依赖性低。仿真结果表明,本文建议的容错控制方法具备可行性,实现了对小卫星姿控系统中不确定项的观测估计和容错控制。     

利用旋转多普勒的单站无源定位性能分析

针对只测相位差变化率无源定位问题,提出了一种利用旋转多普勒的单站无源定位体制。该体制利用两接收天线构成长基线干涉仪(LBI),不但利用干涉仪平动带来的相位差变化率信息,还利用干涉仪自身转动引入的相位差变化率信息。从定位线特性的角度分析了该定位体制的原理,并推导了定位误差的克拉美-罗下限(CRLB)。理论分析和计算结果表明,通过干涉仪转动,能够提高定位精度,且干涉仪转动越快、基线方向变化范围越大,定位性能越好。
     

基于动态观测器的多故障诊断技术的应用研究

针对卫星这类复杂系统多故障诊断的难题,研究了一种基于动态观测器的多故障诊断方法.该方法通过改变动态观测器的结构,使之对某一故障具有鲁棒性,从而简化了设计一族观测器的复杂性.给出了动态观测器的设计方法和多故障诊断策略,并在某卫星姿控系统中进行了仿真应用.仿真结果表明,适用于复杂系统的多故障诊断与分离,并可实现诊断的实时性.     

基于速度观测器的模型参考自适应摩擦补偿

具有相对运动的机械伺服系统中都存在着摩擦干扰力矩。针对机械伺服系统不能提供速度信号时的摩擦补偿问题 ,本文提出了一种基于速度观测器的模型参考自适应摩擦补偿方法 ,该方法利用一降维观测器在线估计速度信号 ,并根据该估计信号构成模型参考自适应摩擦补偿器。根据摩擦补偿器构成的两种情况 ,对系统误差的收敛性进行了分析 ,并进行了仿真验证 ,仿真结果说明了该方法的有效性和可行性     

远程操控飞行器自适应神经网络观测器设计

针对无人飞行器远程操控系统设计时,由于远程操控飞行器动力学的非线性和飞行器控制系统性能的不确定性,无法精确建立远程操控飞行器控制系统模型的问题,提出了一种自适应神经网络状态观测器设计方法实现对远程操控飞行器的控制系统模型的估计。首先将飞行器的动力学环节与自动驾驶仪构成的闭环回路作为一个整体建立了远程操控飞行器控制系统的非线性模型。然后针对模型中存在未建模动态的问题,采用神经网络算法对非线性动力学模型进行在线辨识,并引入鲁棒项对附加扰动进行抑制。最后设计自适应律对神经网络的权值进行实时调整,保证了系统的稳定性,并基于Lyapunov理论证明了观测器的估计误差是最终一致有界的。仿真结果表明,所设计的观测器能够保证远程操控飞行器在存在未建模动态和附加扰动的情况下对飞行状态具有良好的估计性能。     

卫星姿态控制系统故障重构观测器设计

对于卫星姿态控制系统,提出一种基于PD型学习观测器(Learning observer, LO)的系统故障重构方法。在P型LO的学习算法基础上引入测量输出估计误差的微分项,设计了一种PD型LO,估计卫星姿态角速度和姿态角的同时,快速精确重构卫星执行机构故障。给出了所提观测器的稳定性条件,并基于线性矩阵不等式技术提出一种系统化PD型LO设计方法。进一步,将所提PD型LO设计扩展用于卫星姿态敏感器故障的快速重构。最后,将所提方法应用于微小卫星推力器故障重构和陀螺故障重构,仿真结果校验了所提方法的有效性。     

基于UKF的机载无源定位算法

提出了一种基于UKF(Unscented Kalman Filter)的机载无源定位算法,并结合应用背景,对系统模型以及通常的UKF算法作了相应的改进。该算法对量测模型非线性问题采用UKF予以解决,克服了EKF(Extended Kalman Filter)中引入的较大线性化误差对性能的影响。与基于EKF的定位算法相比,本文提出的算法滤波性能更好,对初始估计误差不敏感,并且算法不用计算雅可比或黑赛矩阵,更容易实现。仿真结果验证了提出算法的优越性。     

基于观测器的高超声速飞行器模糊自适应控制

针对高超声速飞行器输出跟踪问题,提出了一种基于观测器的分层模糊自适应鲁棒控制器的设计方法。本文设计了一种基于分层模糊系统的间接自适应控制器,减少在线辨识参数的数量;同时设计非线性干扰观测器(NDO)对系统复合干扰进行估计补偿;最后引入鲁棒补偿控制项,克服传统非线性干扰观测器的限制条件,并利用Lyapunov理论证明了整个系统的稳定性。仿真结果表明,该方法不仅能够保证高超声速飞行器具有良好跟踪性能,而且具有很强的鲁棒性。     

基于变增益观测器的高超声速飞行器输出反馈控制

针对吸气式高超声速飞行器飞行控制问题,提出一种基于变增益观测器的双回路非线性输出反馈控制方案。首先,为解决部分状态信号不可直接测量的问题,设计了一种可变增益状态观测器。通过状态变换将飞行器模型变换为双回路形式,并设计自适应的观测器增益系数在保证其稳定性的同时提高鲁棒性。在此基础上,将高超声速飞行器本体模型与所设计的观测器一起构成新的严反馈系统,结合反步法与动态面设计控制器。另外,引入扩张状态观测器补偿系统观测误差及耦合项。利用Lyapunov理论证明了闭环系统的一致有界稳定。最后,在不同情况下的数值仿真校验了所提控制方案在存在较大参数不确定情况下可获得理想的指令跟踪效果。