用单框架控制力矩陀螺的大型航天器姿态控制系统实物仿真研究

利用三轴气浮台模拟航天器空间力学环境，进行了单框架控制力矩陀螺(SGCMG)姿态控制／动量管理系统全实物仿真研究。推导了大型航天器姿态控制／动量管理系统数学模型。设计调试了实物仿真系统。研究了单框架控制力矩陀螺奇异回避问题、失效操纵问题和动量管理优化问题。证明了系统构形分析、奇异性分析和操纵律设计的正确性和有效性。通过大型航天器姿态控制／动量管理系统实物仿真，检验了设计方案的可行性和系统硬、软件的可靠性。     

一种微型航天器姿态控制系统建模与分析

从航天器微小型化的角度出发，提出了仅利用两个飞轮进行航天器姿态控制的飞轮配置方案。该方案还可以对高速旋转的飞轮所储存的能量进行管理，不需要磁力矩器等额外的卸载装置，从而简化了飞轮姿态控制系统的结构。详细描述了系统的结构和工作原理，推导了航天器姿态控制系统的非线性动力学模型，分析了影响航天器姿态机动性能的主要因素，并通过仿真验证了这种配置方案的有效性。     

航天器空间环境干扰力矩分析与仿真研究

针对航天器在轨运行时所受到的空间环境干扰力矩进行建模分析,并通过实时解算和矢量叠加的方式进行仿真研究,尤其对太阳光压力矩与大气阻力力矩的建模与仿真提出了新的方法,该方法通过建立光照面与迎风面的判断准则,准确地对太阳光压力矩与大气阻力力矩进行了估计。对各种空间环境干扰力矩的精确建模与仿真为航天器精确姿态控制设计及系统姿态控制方案和控制执行机构的选取提供了依据,文中提出的方法简单易用,工程实现性强,为未来的工程应用提供了一定的理论依据。     

基于强化学习的航天器姿态控制器设计

航天器在轨执行某些任务时，其质量参数会发生未知变化，传统控制方法在这种情况下控制效果不佳。本文提出基于强化学习的航天器姿态控制器设计方法，该方法在姿态控制器训练过程中不需要对航天器进行动力学建模，不依赖航天器的质量参数。当质量参数发生较大未知变化时，训练好的控制器仍然可以保持较好的控制效果。仿真测试表明:使用基于强化学习方法训练的控制器确实具有良好的鲁棒性。此外，回报函数的设计会明显影响姿态控制器的训练，因此对不同的回报函数设计进行了研究。     

航天器机动时DGMSCMG磁悬浮转子干扰补偿控制

双框架磁悬浮控制力矩陀螺（DGMSCMG）具有寿命长、综合效益好等突出优势,但航天器机动时,航天器及DGMSCMG内、外框架系统的转动均导致磁悬浮高速转子产生一定的耦合运动,影响磁悬浮转子系统的稳定性,同时使输出力矩精度下降,从而严重影响航天器姿态控制的精度。本文建立了基于DGMSCMG的航天器动力学模型,分析航天器、外框架、内框架、磁悬浮转子四者之间的动力学耦合关系。针对磁悬浮转子的非线性耦合干扰,提出一种基于复合控制的补偿方法,通过磁轴承产生相应的电磁力,对陀螺耦合力矩和惯性耦合力矩进行补偿控制。仿真结果表明,干扰补偿控制能有效抑制航天器及框架对磁悬浮转子的耦合干扰,也有效提高了磁悬浮转子系统的稳定性。     

航天器全物理仿真技术

叙述了航天器全物理仿真的特点、关键技术和模拟微重力环境的各种方法,介绍了航天器机械系统和姿态控制系统全物理仿真应用例子。最后分析了航天器微重力环境的特点,指出了更精确的动力学数学模型。     

欠驱动刚性航天器姿态的非完整运动规划粒子群算法

研究欠驱动刚性航天器姿态的非完整运动规划问题。众所周知航天器利用三个动量飞轮可以控制其姿态和任意定位，当其中一轮失效，航天器动力学方程表现为不可控。在系统角动量为零的情况下，系统的姿态控制问题可转化为无漂移系统的运动规划问题。基于粒子群优化技术设计了欠驱动刚性航天器姿态的非完整运动规划算法。通过数值仿真，并和遗传算法进行了比较，结果表明该方法对欠驱动航天器姿态运动规划是有效的。     

基于高斯过程的航天器自适应滑模姿态控制

针对存在模型不确定性和外界干扰的刚性航天器,提出了一种基于高斯过程回归(GPR)的新型自适应滑模姿态控制算法。该算法具有自学习能力,在不同的姿态控制任务下都能够实现高精度、强鲁棒和高效率的姿态跟踪。首先,在航天器的四元数标称系统动态模型基础上,应用在线稀疏高斯过程回归(SOGP)方法学习系统的未知动态;其次,结合高斯过程的预测均值设计滑模控制算法,利用高斯过程的预测方差自适应调节控制增益,并应用李雅普诺夫方法严格证明闭环系统的稳定性,保证了航天器姿态跟踪误差的渐进收敛性;最后,通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性。结果表明,该自学习控制算法与自适应滑模控制(ASMC)与神经网络自适应控制等算法相比,具有更快的收敛速度、更高的跟踪精度以及更低的控制成本。     

基于联合飞轮和磁力矩器的航天器姿态控制算法研究

研究了航天器姿态控制过程中,在姿态捕获阶段单独使用磁力矩器对航天器进行粗定向,在姿态调整阶段联合使用磁力矩器和反作用飞轮对航天器进行控制的问题。建立了反作用飞轮作为执行机构的姿态动力学模型。根据Lyapunov稳定性原理,设计了输入控制器和参数自适应律。将该算法应用于航天器姿态控制过程。仿真结果表明,该算法简单、有效、实用性强。     

一种改进的SGCMGs奇异鲁棒伪逆操纵律算法

以单框架控制力矩陀螺（SGCMG）为卫星动量交换机构,基于建立的姿态控制系统与SGCMG系统的动力学模型,设计零动量卫星的PD（比例微分）解耦姿态控制律。为逃避奇异,提出了一种改进的单框架控制力矩陀螺群（SGCMGs）奇异鲁棒伪逆操纵律算法。某航天器姿态控制仿真结果表明：改进算法可避免奇异,算法有效性得以验证。     

平台-捷联冗余姿控系统设计

从系统冗余的角度研究了提高运载火箭姿态控制系统可靠性的途径 ,介绍了平台 -捷联主、从式冗余姿态控制系统的组成和工作原理及故障诊断、切换和重构的模式。对平台 -捷联冗余方案进行了半实物仿真试验 ,试验中用典型致命性故障模式分别在几个特征秒和不同通道加入系统 ,记录和观察飞行过程中姿态控制系统对故障的适应能力和响应特性 ,同时研究了故障诊断阈值等对系统的影响。仿真试验证明 ,冗余方案正确、可行 ,在主、从系统出现一度故障的情况下 ,系统控制软件能正确诊断出故障 ,并且把故障部分切除 ,使系统处于稳定飞行状态     

动态系统慢变型故障的检测与隔离

利用最优奇偶向量法 ,分别设计对执行机构故障和传感器故障敏感的最优奇偶向量 ,产生各自对执行机构故障和传感器故障敏感的残差 ,从而达到将执行机构故障和传感器故障进行分离的目的     

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     

当前航天器制导、导航和控制的几个问题

提出了当前型号和预研中有关航天器制导、导航和控制技术六个方面有待解决的问题：２０００．０星上计算机实时计算轨道的时间系统和坐标系统标准化；星载高精度、高可靠ＧＰＳ实时定轨、定姿组合系统；制导、导航和控制系统的小型化；２１世纪的交会对接技术；第四代航天员舱外活动控制技术；微小智能月球车／火星车控制技术。仅提出了一些非常粗浅的想法，作为抛砖引玉，以期引起决策管理部门的重视。     

防空导弹武器系统可靠性模型

可靠性是防空导弹武器系统效能的重要决定因素 ,亦是武器装备质量的重要内涵。本文综合研究了防空导弹武器系统的可靠性模型 ,并结合实例加以具体分析     

带作用力约束的二维装填布局问题--航天器中复杂插座板上插孔的布局优化设计

研究航天器中一种复杂插座板上插孔的布局设计问题 ,简化为在圆形插板上 ,根据给定的 n个插头 ,考虑插座板的非凸的可布空间和插头的拔脱力、插座板的紧固螺栓力、边缘弹簧的弹簧力等约束情况下 ,布置其插孔位置。它属于带作用力约束的二维装填 ( Packing)问题。给出该问题的数学模型 ,并提出一种改进编码的遗传算法进行求解。文后附以航天器复杂插座上插孔布局设计实际工程问题为背景的算例     

大型充液卫星在轨模式识别

提出了大型充液卫星在轨模式识别的方法 ,通过大型充液卫星在轨飞行试验确定液体晃动阻尼 ,为控制系统设计中确定晃动阻尼提供最可靠的依据     

多分辨分布滤波在惯导系统初始对准中的应用

论述了初始对准在惯性导航系统中的重要作用 ,给出了惯导系统初始对准的线性模型。基于小波变换 ,运用多分辨分布滤波对该问题进行了仿真研究。仿真结果表明 ,该方法虽然计算量比卡尔曼滤波计算量要大 ,但是对于组合导航系统或具有冗余传感器的惯导系统 ,它能够充分利用测量信息 ,大大提高初始对准精度 ,也能够满足低阶系统实时对准的需要     

一种用星敏感器自主定位方法的精度分析

利用星敏感器和地平仪测量星光与地平之间的“星光仰角”作为观测量 ,提出用推广卡尔曼滤波方法来实时估计航天器的最佳位置的自主定位方法 ,通过仿真实验 ,分析比较了“星敏感器精度”、“采样周期”、“恒星导航星的个数”以及“星敏感器安装方位角”等诸因素对航天器定位精度的影响 ,同时总结其变化规律 ,可用于提高航天器自主定位精度     

基于YHF2环境下的多系统协同仿真

从分布Client/Server观点解剖YHF2协同仿真问题.详细介绍了YHF2的CSCW(Computer Support Cooperative Work)系统结构,多机(处理机与处理机,计算机与计算机)通讯协议和同步机制.重点研究基于YHF2协同仿真思想、方法.