连续力矩作用下的柔性航天器再定向与振动抑制

研究带两帆板航天器的三维再定向与振动抑制问题,执行机构为反作用轮。建立了柔性空间飞行器三轴耦合姿态动力学模型和四元数姿态运动学模型,建模时考虑了帆板的弯曲变形和扭转变形。采用拟欧拉角及角速度作为反馈信号,设计了一种ＰＤ控制律。该控制律可以用于对任意目标姿态的再定向而形式保持不变。用Ｌｙａｐｕｎｏｖ方法证明了姿态的渐进稳定性和模态振动和衰减性。非线性闭环系统的仿真结果验证了所设计控制律不仅能够使航天     

基于四元数的航天器解耦模糊变结构控制

基于四元数设计变结构控制（VSC）的滑动平面,通过适当选择滑动平面的参数矩阵实现控制系统的解耦。在变结构控制系统中引入模糊控制,以切换函数的绝对值作为模糊控制器的输入,设计合适的模糊规则,通过模糊推理和解模糊得到符号函数的参数矩阵,消除了变结构系统中的抖振现象,并能保持系统的鲁棒性控制系统结构简单,模糊控制器运算量小,仿真实例证明该方法是有效的。     

刚体航天器的最小能量姿态机动最优控制研究

针对航天器姿态机动最优控制问题.研究了初始条件和目标状态给定,以三个正交安装的动量轮为控制执行机构且机动控制时间不定的最小能量姿态机动控制方案.首先,采用与传统打靶法不同的非线性规划NLP方法来描述带约束的姿态控制问题,将控制次数设为固定值,将采样周期看作变量,通过迭代方法进行求解;然后,提出NLP初始可行解的构造方法,以不同初始可行解为初值,多次寻优,最终找到刚体航天器最小能量姿态机动的相对最优控制方案;最后,通过仿真试验验证了该方法的可行性和优越性.     

基于四元数的航天器间相对姿态光学测量方法研究

提出了一种微型航天器间基于四元数的相对状态光学测量方法.首先介绍了测量系统结构,然后分析了利用四元数法解算航天器相对姿态的解算过程,最后通过仿真实验和实测试验验证了方法的正确性、实用性及可行性.该测量方法可直接用于航天器编队飞行及空间站交会对接过程、空间监视、目标拦截等应用领域中航天器间相对姿态测量.     

欠驱动双刚体航天器姿态运动规划的数值方法

带球铰连接的双刚体航天器系统在无外力矩作用时,其姿态运动可通过连接双刚体航天器的铰关节进行控制,这种由控制输入数目少于系统自由度的系统称为欠驱动系统.利用系统相对于总质心的动量矩守恒这一特性研究了欠驱动双刚体航天器的三维姿态运动控制问题.导出带球铰连接的双刚体航天器系统三维姿态运动控制模型,并将系统的控制问题转化为无漂移系统的运动规划问题,利用最优控制技术和小波分析方法.提出基于小波逼近的遗传算法最优运动规划数值算法.通过数值仿真,表明该方法对带球铰连接的欠驱动双刚体航天器三维姿态运动的运动规划是有效的.     

一种微型航天器姿态跟踪的四元数实现方法

针对航天器姿态跟踪问题,建立了基于误差四元数的姿态控制系统二阶数学模型。基于现代控制理论,通过设计四元数状态反馈控制器对姿态控制系统的极点进行配置,实现航天器姿态的稳定跟踪。仿真结果表明,设计的状态反馈控制器能够实现微型航天器的高精度姿态跟踪控制。     

基于对偶四元数的航天器交会对接位姿视觉测量算法

根据光学测量基本原理建立双目视觉测量模型,提出基于双目视觉的航天器间相对位姿 的测量方法。利用对偶四元数,建立目标航天器的坐标系和追踪航天器上的摄像机坐标 系之间的关系,构造出航天器交会对接位姿误差模型,通过使用拉格朗日求极值的方法,解 算出航天器间的相对位置和姿态。仿真结果表明该算法有效,能够满足航天器交会对接的测 控要求。     

柔性航天器高精度隔振与定向研究

随着大型航天器柔性越来越大,结构越加复杂,导致低频柔性模态密集,但同时需要极高的定向精度及姿态稳定度, 这就对航天器姿态控制系统提出了更高的要求。本文采用拉格朗日法建立了柔性航天器姿态轨道耦合动力学模型,并设计了大角度机动航天器的姿态控制器。Lyapunov定理给出闭环系统的稳定性,在0.03Nm均方根的白噪声扰动下,大角度机动姿态角误差小于0.02°,均方根误差0.003°, 为了抑制姿态抖振,设计了复合控制器,采用Stewart平台对敏感载荷局部高精度主动隔振和定向,局部控制后敏感载荷的定向误差小于0.0001°,均方根误差0.000036°。鲁棒 Η ∞ 控制器对Stewart平台主动镇定时,姿态抖振小于0.000002°,均方根误差小于 0.0000008° ,姿态稳定度优于0.00001°/s。     

基于开关算法的欠驱动刚体航天器姿态控制

针对执行机构只能产生两轴控制力矩的刚体航天器的姿态控制,根据欠驱动轴是否为惯性对称轴,利用开关算法和退步控制技术设计了实现欠驱动航天器姿态渐近稳定的控制律。先根据姿态动力学模型,通过3次姿态机动实现姿态角速度的稳定,再根据姿态运动学模型,在姿态角速度稳定的基础上,通过5次姿态机动实现姿态角的稳定。理论分析和数值仿真结果验证了该控制策略的有效性,可实现欠驱动刚体航天器姿态控制的目标。     

航天器双组元推进剂增压方案的评价

对双组元系统的增压方案作了评价,着重论证了简易增压系统在技术上的可行性;对具有推进器特性和各种增压/输送系统变量,包括增压气体溶解度的计算机模型进行了研究.所有的方案都能满意地达到推进剂剩余量很低的要求,推进器试验数据表明,下吹式增压操作的各项要求都能得到满足.评价研究结果表明,对于较大的推进剂负载,使用箱体再增压的比较简单的双组元下吹系统,可以替代较复杂和昂贵的调压系统.     

基于逼近理想解排序法的航天器初始轨道选优

针对航天器入轨段，如何从多组初始轨道中选择一组最优或最符合客观实际轨道根数问题，进行了深入地理论分析，提出了基于逼近理想解排序法的航天器初始轨道根数选优算法。描述了逼近理想解排序法的设计思想以及求解的六个基本步骤；针对航天器初始轨道的设计特点，巧妙地利用标称轨道作为理想解，偏差轨道作为负理想解，成功地应用逼近理想解排序法建立了初始轨道根数选优的决策数学模型，并以一颗典型的太阳同步轨道卫星为例，验证了其数学模型和选优算法的合理性和正确性。     

基于模糊神经网络的飞船GNC分系统故障诊断

研究了基于模糊神经网络的飞船GNC分系统的故障诊断方法,提出了重构新的激励函数并附加动量因子的改进BP算法,采用了由输入层、输出层、隐含层和量化层组成的一种4层前向模糊神经网络,通过Ⅱ型隶属度函数完成输入模糊化。建立了基于模糊神经网络的GNC分系统故障诊断系统,实验验证了改进BP算法以及该诊断系统的正确性和有效性。     

The Effect of Dissipative Moments Caused by Liquid Body Viscosity on the Rotation Stability of a Space Object

The influence of dissipative forces in a viscous liquid that completely fills the cavities of a space object executing a rotational motion is analyzed. The Navier–Stokes equations are solved by expanding them into a series in terms of eigenfunctions of the boundary value problem on involving the resting liquid in rotation around the longitudinal axis of a cavity. The analytical solutions for coaxial cylindrical and concentric spherical cavities are obtained, in particular, for a straight circular cylinder and a sphere. The stability of the single-axis orientation of a space object filled with a viscous liquid is investigated. The dependences of rotation decay processes and drifts of the space object's longitudinal axis from a given direction are shown on the plane of constructive parameters.