卫星微振动及控制技术进展

高分辨率是卫星发展的重要方向,而制约卫星有效载荷分辨率提高的重要因素之一就是卫星微振动。因此,近年来卫星微振动及其控制问题越来越受到关注。本文从微振动的来源和特点出发,按照微振动传递路径上的控制方式,对国内外微振动领域的研究成果进行了总结。在此基础上,重点介绍了微振动控制技术在卫星微振动领域的应用,并按照微振动控制的方式,介绍了微振动被动控制、微振动主动控制以及大挠性部件微振动控制方法。结合工程实际应用,对微振动控制设计中需要注意的刚度、阻尼及多自由度耦合性问题进行了说明。同时,简单介绍了工程上常用的其他微振动控制方法。最后,对微振动控制的发展作了简短评述和展望。     

卫星微振动检测技术

微振动是限制高精密测试技术发展的关键因素之一,本文以微振动在航空航天技术方向的测量研究为基础,对微振动背景、测量技术进行了详细的阐释,在传统光学测量分析的基础上,分析了利用高精度微机械加速度计测量的可行性,最后就微振动测量技术的发展方向做出了总结。     

分布式小卫星SAR的基线测量方法研究

星间基线的高精度测量是分布式小卫星合成孔径雷达(SAR)的重点问题之一。本文以星间基线的表示为出发点,先筛选出可行的基线测量手段,然后针对分布式小卫星SAR所关心的测量精度、信号覆盖、数据率以及作用距离等方面,对这几种手段作进一步的比较分析,并根据比较的结果,提出了3种理论上可行的基线测量方案。最后,文章还指出了这些方案在工程实现过程中需要进一步解决的问题。     

卡尔曼滤波在自旋卫星章动控制中的应用

细长体结构卫星的自旋运动是不稳定的,章动有发散趋势,须进行实时的章动监视,且章动角的测量值包含有误差.通过引入一个离散控制过程的系统,介绍了卡尔曼滤波器的基本原理,建立了自旋卫星自旋运动简化的动力学模型,给出了运动方程和观测方程,详细地推导了适用于自旋卫星章动控制的卡尔曼滤波处理过程,利用该模型对某自旋卫星章动进行仿真计算,并对姿态章动联合控制和应急章动控制情况下的章动控制应用情况进行分析,得出结论：基于卡尔曼滤波的卫星章动角计算的方法正确、结果准确.     

基于循环追踪控制的卫星编队构形调整控制律设计

卫星编队控制问题中，分布式控制优于主从式控制，在编队控制中应用日益广泛。提出了一种基于循环追踪算法的分布式控制策略，分析了该方法的优势。由于循环追踪算法存在编队中心由初始几何中心固定并与运动过程无关的弱点，引进了虚拟灯塔导引进行联合控制实现编队中心可变。建立了三维空间相对运动数学模型，设计非线性循环追踪算法与虚拟灯塔导引联合控制律，对全员联合控制与单星联合控制其余卫星采用非线性循环追踪控制两种方案的计算结果进行比较。结果表明，全员联合控制律的控制方案优于仅单星采用联合控制的方案，两种方案均可实现卫星编队按指定构形运动。     

柔性结构振动控制的多尺度特征结构配置

对复杂柔性结构系统提出了一种多尺度特征结构配置方法,以实现结构振动的多尺度主动控制。通过反馈控制力改变结构的振动模态,使系统中不同敏感性部件的受扰振动以不同的速度趋于稳定,使敏感（关键）部件的振动能量快速迁移从而保证系统高精度的性能要求,同时使非敏感（非关键）部件的振动降低到允许范围。      

分布式卫星干涉测高系统编队构形优化设计方法

 分布式卫星干涉合成孔径雷达（InSAR）编队构形设计是系统总体设计的关键问题。从系统测高性能优化角度出发,提出分布式InSAR编队优化设计一般方法,将其概括为求解一个优化问题,以主星带辅星群体制分布式InSAR为例建立目标函数,针对其星载双站、斜视、空间基线等特点建立测高精度与辅星轨道根数的关系,基于近似的相对运动数学模型对该优化问题进行简化,并采用遗传算法求解。在此基础上,对多颗卫星组成编队以提高系统测高性能提出了一种多星编队设计方法。仿真分析表明,经优化得到的编队测高性能要优于干涉车轮和钟摆编队,该结果验证了优化设计方法的有效性和正确性。     

振动主动控制仿真系统开发研究

针对目前振动主动控制中软件计算存在的不足,提出了基于Ansys和M atlab的结构振动主动控制通用仿真系统的软件设计方案,以满足对大型、复杂结构进行振动主动控制仿真计算的要求。按照软件工程方法,首先开发了原型系统,并以一压电智能板结构为计算实例对该系统的设计方案进行了说明和初步验证,结果表明该方案具有一定的可行性、有效性和通用性。     

考虑执行机构误差的编队卫星姿态分布式时延滑模自适应协同控制

针对编队卫星姿态协同控制问题,在考虑到执行机构误差的前提下,提出一种将时延控制与滑模自适应控制相结合的鲁棒控制方法.该方法通过引入自适应更新律实现对执行机构小角度安装误差的在线估计,同时通过滑模控制完成对外界干扰和执行机构随机幅值误差等随机扰动的抑制.由于引入了时延环节,只需对上一时刻控制力矩进行单位时延,达到大大简化...     

Collaborative force and shape control for large composite fuselage panels assembly

This study proposed a force and shape collaborative control method that combined method of influence coefficients(MIC) and the elitist nondominated sorting genetic algorithm(NSGA-II) to reduce the shape deviation caused by manufacturing errors, gravity deformation,and fixturing errors and improve the shape accuracy of the assembled large composite fuselage panel. This study used a multi-point flexible assembly system driven by hexapod parallel robots. The proposed method simultaneously considers...     

挠性卫星大角度机动的混合控制方法研究

对于具有不确定性的多输人多输出非线性系统,仅用v0线性化设计方法不能获得好的控制结果.为此,设计了自适应模糊控制器,把I/O线性化方法和自适应模糊控制相结合,构成混合控制器.并将此控制器引人到卫星大角度机动控制系统中,以补偿由系统的不确定性所造成的跟踪误差,从而增强I/O线性化控制器的鲁棒性,最终实现零误差跟踪.     

考虑连接非线性的大型桁架天线分散协调控制

针对含非线性连接的大型桁架式天线,考虑铰链非线性所产生的影响,基于连接子结构模态综合建模方法,建立其低阶非线性动力学模型。在此基础上,将动力学模型转换为分散参数化模型,并考虑状态变量不完全可测因素,设计适用于一致性理论的最优观测器。然后基于图论的思想提出桁架式天线的一致性形面保持控制方法,不仅实现了桁架式天线的高精度形面保持控制,同时对作动执行机构的失效具有容错性。仿真结果表明了所提控制方法的有效性。     

太阳帆航天器在绕地轨道中的热诱发振动

太阳帆航天器在绕地轨道中将会周期性地进出地球阴影,经历热环境的剧烈变化,在热辐射冲击作用下,太阳帆这种大柔性空间结构的热致响应值得研究。以方形有桅杆式太阳帆为研究对象,考虑热辐射等非线性因素,建立了太阳帆的热-结构耦合动力学模型,分析了太阳帆桅杆-薄膜结构热诱发振动的特点和影响因素。分析结果表明：太阳帆由地球阴影区进入光照区将会发生明显的热诱发振动;随着热流入射角的增大,太阳帆桅杆截面的摄动温度减小,热诱发振动减弱,频率不变;太阳帆桅杆刚度的增大有利于抑制结构热诱发振动的发生;帆膜预应力将会影响太阳帆的热诱发振动,随着桅杆轴力增大,热诱发振动的振幅增大,频率减小,当轴力增大至一定程度,太阳帆的热诱发振动将会发散。     

Distributed event-triggered adaptive control for second-order nonlinear uncertain multi-agent systems

In this paper, the event-triggered consensus control problem for nonlinear uncertain multi-agent systems subject to unknown parameters and external disturbances is considered. The dynamics of subsystems are second-order with similar structures, and the nodes are connected by undirected graphs. The event-triggered mechanisms are not only utilized in the transmission of information from the controllers to the actuators, and from the sensors to the controllers within each agent, but also in the communication between agents. Based on the adaptive backstepping method, extra estimators are introduced to handle the unknown parameters, and the measurement errors that occur during the event-triggered communication are well handled by designing compensating terms for the control signals. The presented distributed event-triggered adaptive control laws can guarantee the boundness of the consensus tracking errors and the Zeno behavior is avoided. Meanwhile, the update frequency of the controllers and the load of communication burden are vastly reduced. The obtained control protocol is further applied to a multi-input multi-output second-order nonlinear multi-agent system, and the simulation results show the effectiveness and advantages of our proposed method.     

卫星姿态控制系统容错控制综述

主要针对卫星姿态系统容错控制研究领域已有的成果进行了回顾。总结了国内外卫星容错控制的现有成果,主要从卫星姿态控制系统的可重构性、单体卫星容错控制和卫星编队容错控制3个部分对相关的研究成果进行了归纳分析。其中,卫星姿态系统的可重构性从重构目标和系统功能要求两方面进行分析;对单体卫星容错控制现状的介绍主要从自适应技术、滑模理论、预设性能、干扰观测器、故障估计观测器几个方面展开;卫星编队容错控制方法从独立容错、协同容错、拓扑重构和组成重构的角度进行阐述。最后进行总结,并展望了卫星姿态控制系统容错控制领域未来可能出现的新问题和研究思路。     

基于ATSUKF算法的卫星姿控系统故障估计

针对卫星姿态控制过程中可能发生的执行机构或敏感器故障,提出了一种基于无损卡尔曼滤波（UKF）及偏差分离原理的自适应二阶无损卡尔曼滤波（ATSUKF）算法。首先,提出TSUKF算法,通过UKF处理姿态机动时的非线性并通过偏差分离原理将非线性系统的状态及故障分别估计,避免非线性模型的线性化过程同时降低了计算过程中的矩阵维度。然后,在TSUKF算法的基础上提出了ATSUKF算法,通过滑动窗口内的残差计算自适应矩阵,使滤波器在统计特性不准确的情况下仍然具有较快的收敛速度,特别适用于卫星快速机动过程中的姿态与故障估计。数值仿真结果表明,ATSUKF算法相较于TSUKF算法能有效降低统计特性不准对系统造成的不利影响,实现卫星姿态、执行机构/敏感器故障的快速估计。     

基于声学黑洞的盒式结构全频带振动控制

声学黑洞（ABH）作为一种新型高效的波动控制技术,被广泛应用于梁板结构的振动控制中。传统声学黑洞结构存在局部强度和刚度较弱、特征尺寸较大、有效作用频率较高等问题,限制了声学黑洞技术的进一步应用和推广。针对盒式结构振动控制问题,设计了一种新型的声学黑洞阻尼（ABHD）振子。运用有限元仿真方法研究了附加ABHD振子的盒式结构的动态特性,结果表明附加声学黑洞阻尼振子的盒式结构具有高效的能量聚集和耗散能力。通过对盒式结构上下主梁中间不同位置处振子参数的优化,在不改变原有主结构强度和刚度的前提下,实现了对主梁全频带的减振效果。实验结果表明,传统盒式结构在附加多个ABHD振子后全频带的共振峰均有5~30 dB的削减,且附加振子的质量占系统总质量的7.8 %。     

Deploying process modeling and attitude control of a satellite with a large deployable antenna

Modeling and attitude control methods for a satellite with a large deployable antenna are studied in the present paper. Firstly, for reducing the model dimension, three dynamic models for the deploying process are developed, which are built with the methods of multi-rigid-body dynam- ics, hybrid coordinate and substructure. Then an attitude control method suitable for the deploying process is proposed, which can keep stability under any dynamical parameter variation. Subse- quently, this attitude control is optimized to minimize attitude disturbance during the deploying process. The simulation results show that this attitude control method can keep stability and main- tain proper attitude variation during the deploying process, which indicates that this attitude con- trol method is suitable for practical applications.