航天器智能自主控制技术发展现状与展望

本文首先介绍国内外在航天器智能自主控制领域的发展模式与发展水平 :发展模式包括战略规划、研究开发、型号应用三个层次 ;发展水平包括功能齐备与指标精良两个方面。然后对该领域的阶段发展目标进行了展望 :( 1 )实时智能自主姿态控制 ;( 2 )智能自主GNC ;( 3)智能信息技术在航天器控制系统、平台和有效载荷上的应用。     

航天器自主故障诊断技术研究进展

阐述了航天器自主故障诊断的必要性、特点和主要挑战.将自主故障诊断技术分为基于解析模型的方法、基于信号处理的方法和基于知识的方法三类,重点归纳民近年来国内外航天器自主故障诊断技术的最新研究进展和存在的主要问题,总结了国内航天器自主故障诊断技术在实际项目中应用的现状,最后展望了航天器自主故障诊断技术未来的发展方向.     

航天器自主运行技术的进展

阐述了航天器自主运行的概念、目标和任务。对自主运行和传统测控方式进行了比较。最后重点介绍了航天器自主运行技术的进展情况。文章分4个部分介绍自主运行技术。首先介绍了2种自主运行体系结构，它们是自主运行各种功能集成的基础。第2部分介绍了2种智能规划与调度技术。第3部分介绍了基于模型的故障诊断与系统重构技术。第4部分介绍了有效载荷数据自主处理的进展情况。最后进行了总结并介绍了与自主运行相关的其他技术。     

参数不确定挠性航天器的姿态跟踪控制

许多空间飞行任务需要挠性航天器的姿态跟踪控制。由于燃料消耗和柔性附件展开等原因,挠性航天器的惯量矩阵并非确定的常值矩阵,本文研究惯量矩阵未知时挠性航天器的姿态跟踪控制问题。基于惯量估计器设计了非线性反馈控制器,使航天器跟踪惯性空间的目标姿态角速度。通过构造Lyapunov函数并利用Barbalat引理证明了控制系统的全局渐进稳定性。最后进行了数值仿真以验证控制器的有效性。     

航天器自主控制与智能信息处理技术

首先从系统的体系结构出发 ,将自主控制系统划分为分层递阶型、包容型、混合型三种基本形式和多智能代理结构的复杂形式 ,然后分别讨论对一般轨道飞行航天器、多个航天器所组成的空间网络、星球表面探测系统和空间机器人等几类不同对象进行自主控制的特点 ,最后论述自主控制对智能信息处理技术的基本需求并提出有关的关键技术     

航天器的自主导航技术

本文首先总结航天器自主导航技术的发展史，在此基础上分折了目前几种候选的自主导航系统，对比了它们的性能和优缺点。然后介绍了自主导航技术及系统组成规律。着重介绍了载人飞船自主导航系统的组成，自主导航的算法。最后提出了发展我国飞船自主导航系统的建议。     

基于空间环境预判的航天器智能自主热控方法

传统热控技术在空间探测任务确定后,基于特定输入条件设计的控制方案,其自适应能力不足,且存在一定的时滞性。文章从系统工程学的角度,提出了基于空间热环境预判的航天器智能自主热控方法,采用航天器姿态规划实时预测外热流,开展相应的控制措施,实现对温度的前馈控制,并进行了仿真验证,结果表明:该方法可有效弥补传统热控技术在空间探测任务中调温能力的不足。在航天器高精度控温和大功率散热领域,能有效抑制低频噪声,节约热补偿功率,具有广泛的应用前景。     

测量不确定的充液航天器自适应鲁棒容错控制

针对三轴稳定充液航天器控制系统中同时存在外部未知干扰,参数不确定,测量不确定和执行器部分失效故障的鲁棒容错姿态机动控制问题进行研究。首先将部分充液贮箱内的晃动液体燃料等效为粘性球摆模型,采用动量矩守恒定律推导出航天器的刚-液耦合动力学方程。然后将变结构控制策略结合范数自适应估计算法设计了自适应鲁棒容错控制器,其中设计的范数自适应控制算法用于有效估计由测量不确定产生的集总扰动的未知上界;自适应估计算法则用于有效估计贮箱内的液体晃动位移变量。提出的控制策略不依赖精确的故障信息,并且在故障信息值不确定的情况下可以实现期望的姿态机动任务。基于Lyapunov稳定性分析方法证明了容错闭环系统状态变量的一致最终有界性。采用数值方法验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性。     

航天器自主导航技术的新进展

综述了美国空军近期进行的“TAOS”飞行试验的背景和任务，着重讨论了试验的主要部分──MANS自主导航系统，介绍了系统的原理、硬件、软件及其在轨试验。     

基于智能Agent的航天器MEMS自主热控系统研究

以航天器MEMS热控系统为对象,将系统层次的Agent智能体决策体系与热控系统自主控制任务相结合,形成一种无需外界过多干预的自主决策控制机制,即系统自身能依据所辨识出的外部轨道热环境及内部热负荷变化进行控制变量自主调节,达到优化协调多个控制变量且能自适应调节控制器参数的新型智能热控系统。     

航天器热控自主管理中的智能控制技术

对国内航天器上应用较多的三种热控自主管理技术,即电加热器、百叶窗、流体回路进行了介绍。并结合卫星应用实例,重点对电加热器热控自主管理技术的智能控制策略进行了论述。最后,通过对国内外发展情况的调研,提出了热控自主管理智能控制技术将向精确化、智能化、与航天器其他领域自主管理相结合方向发展的思路。     

卫星编队自主队形控制

为了实现高精度的卫星编队飞行,提出了一种基于主从结构的协同控制方法-自主队形控制法。在主星变轨的过程中,卫星编队的队形可以保持不变。文中介绍了该控制法的设计思想,给出了实现结构图,并详细的分析了该方法优缺点。通过算例验证了自主队形控制法的可行性。     

空间站智能自主控制

首先分析了空间站及其运动控制系统的任务及特点，指出开展空间站智能自主控制研究是系统任务复杂性及不确定性的必然要求，已经迫在眉睫。然后介绍了一种新的智能控制方法——即基于全系数特征模型描述的智能控制方法，这是实现空间站智能自主控制的重要理论基础。最后提出空间站智能自主控制系统的结构组成。     

航天器自主热控功率波动抑制方法

在现有智能化卫星综合电子系统的基础上,针对自主热控功率波动问题,文章提出了一种航天器自主热控功率波动抑制方法。该方法将自主热控划分为温度采集、占空比控制、功率波动控制、回路开关控制共4个步骤。通过智能功率驱动芯片实现了短时间内批量切换加热回路通断状态。在此基础上,以控温周期为单位实现了对各加热回路的矩阵式占空比控温。通过调整控温周期内加热器开关矩阵分布,抑制自主热控过程中的功率波动。经地面试验验证,本文设计的方法在满足热控需求的基础上,降低了自主热控过程中出现的峰值功率,并对各控温周期间和控温周期内的功率波动起到了良好的抑制作用,已在多颗智能卫星上得到应用并取得预期效果,可为后续航天器软件设计提供参考。     

一种航天器电加热智能控制策略

降低航天器平台各分系统的功率需求是提高航天器承载能力的重要手段之一。部分航天器的热控功率占比偏高,而消耗功率的主要电加热器因控制算法简单,在轨功耗呈现明显的波峰波谷。文章提出了一种旨在优化电加热器总功率的电加热智能控制策略,并根据某导航卫星热设计和在轨遥测数据,选取蓄电池和推力器的加热器为代表进行了仿真分析,结果表明:智能控制策略具有良好的收敛性,蓄电池和推力器的加热器功率需求分别下降50%和45%,可以推广应用到其他航天器。     

航天器供配电智能管理技术研究

综述国外航天器供配电管理技术由传统遥控管理发展到智能管理的4个典型阶段,介绍了航天器供配电智能管理技术在空间站、科学观测及深空探测领域航天器上的应用情况;分析了目前国内航天器采用熔断器作为故障隔离主要手段、依托遥测遥控进行供配电管理的体制,归纳了国内航天器供配电体制的优缺点,并总结出国内航天器供配电智能管理系统的3项关键技术——智能配电管理技术、故障隔离技术和能源计划动态调度管理技术,可为航天器供配电智能管理系统关键技术的研究提供借鉴。     

航天器振动控制技术进展

航天器在发射过程中经受复杂和严酷的力学环境,力学环境效应主要是激起航天器主次结构共振响应以及局部动力响应过大,造成结构破坏,局部失稳,电子元器件等敏感组件发生故障。为了提高飞行任务的可靠性,需要采用振动控制技术以降低运载载荷环境条件,提高航天器有效载荷比。本文从航天器系统级和部件级两方面对国内外振动控制技术的研究进展进行了系统的综述和深入的分析,以期对我国航天器振动控制技术的研究发展和工程应用有所启示。     

Intelligent and Autonomous Flight Technology for Launch Vehicles

This paper proposes the architecture of an intelligent flight launcher system as well as fundamental solutions to capability prediction and dynamic planning. This effort reflects the latest progress in the applications of intelligent and autonomous technology for launcher flights. The paper first describes the characteristics and capabilities of intelligent and autonomous systems and classifies various related technologies. In the context of intelligent and autonomous technology in aerospace engineering, it then focuses on technical difficulties involved with intelligent flight and reviews developments in the field. An E~3 classification model of an intelligent flight launcher is then proposed and its application scenarios are discussed. Based on an intelligent flight system configuration of the launcher, the online trajectory planning and initial value guess are examined, and vertical landing is provided as an example to explain the effects of the implementation of computational intelligence to flight systems.     

航天器微振动环境分析与测量技术发展

文章分析了航天器在轨运行时出现的准稳态加速度、瞬变加速度、振动加速度的来源及对航天器产生的影响。介绍了美国、欧空局及我国的航天器微振动测试技术现状。并就Olympus卫星、Oicets卫星和我国“神舟”号飞船的情况,深入讨论了微振动测试的方法与结果。