姿态控制系统干扰的补偿和测量方法

本文根据系统完全补偿条件,证明了弹体姿态运动俯仰和偏航通道不能对干扰完全补偿,而滚动通道则能完全补偿。文中叙述了俯仰通道非完全补偿的方法,并提出克服伺服系统动态特性对补偿影响的设想。讨论了用冲角表、角加速度计和观测器测量干扰的方法。还阐述了采用反馈实现干扰静态补偿的方法。     

一种基于飞轮角动量正反馈的外干扰力矩补偿技术研究

在有较复杂外干扰力矩条件下,对一种基于飞轮角动量正反馈的外干扰力矩补偿技术进行了研究。建立了零动量卫星的三轴姿态动力学模型,分析了环境外干扰力矩对滚动-俯仰-偏航姿态的影响,设计了补偿方案:用低通滤波器的角动量正反馈对外力矩进行补偿,导出了控制器补偿项的数学表达式;引入磁卸载+磁前馈分别消除飞轮饱和及削弱磁力矩干扰的影响,给出了滚动-偏航、俯仰通道的控制模型和数学表达式。仿真结果表明:采用该方法三轴姿态角控制精度高,飞轮转速被限制在一定范围内,有效削弱外干扰力矩对星体姿态控制的影响,提高了卫星的姿态控制精度。     

基于全解耦奇偶方程的动态系统执行器故障检测与识别

给出了基于全解耦奇偶方程的动态系统执行器故障的检测与识别方法。讨论了全解耦奇偶向量的产生方法,给出了全解耦奇偶向量的存在条件,并结合卡尔曼滤波方法得到了故障模型参数的估计方法。最后给出了仿真实例。结果表明,全解耦奇偶方程方法能估计出动态系统执行器故障模型。     

线性时变系统的终端关机控制

本文使用状态转移矩阵与积分型级数解表达式,推出了线性时变系统外干扰完全补偿原理表达式,此式简单、精确,便于终端关机方程使用,文中并给出了一组初值t_p,Ψ可变动的伴随函数解析解表达式。     

仿射非线性系统鲁棒干扰解耦问题可允许摄动范围的研究

对于仿射非线性系统，本文研究了在系统存在不确定时，鲁棒干扰解耦问题。给出了干扰可测和不可测两种情况下，保持标称系统干扰解耦性质不变的可允许摄动范围。     

飞行器上干扰的测量和补偿

1、引言在“具有参数补偿的线性最优化系统设计”中论论了飞行器稳定系统采用观测器获得系统状态的方法,用参数补偿原理消除弹体弹性弯曲振动,及通过反馈增益阵实现全状态最优反馈控制。本文在上述工作基础上,设计增广系统全维或降维观测器,观测包括干扰变量在内的全部状态。这样,观测器不但是状态测量装置,也是干扰的测量装置。在满足一定的条件下,设计干扰补偿通道,用干扰补偿干扰。     

自学习补偿及其在恒速控制中的应用

学习控制可以有效地抑制周期性干扰，但是对初始条件的一致性有要求，这一条件在连续回转运动中难以满足，故本文提出一种学习补偿方案，即在非连续运动时积累干扰的信息，然后在连续运行时用该信息对干扰进行补偿。本文证明了学习控制作用对干扰的收敛性，并给出了仿真结果     

低轨偏置动量卫星气动干扰力矩补偿控制研究

针对低轨卫星由于气动干扰力矩较大导致偏置动量控制精度较低的问题,理论分析了气动干扰力矩并进行建模,讨论了基于角动量与角速率作用产生陀螺力矩的影响。固定偏置动量卫星X、Z轴基于磁力矩器控制,气动干扰力矩严重时又处于磁不可控区,为确保姿态控制精度,考虑增加1台反作用飞轮抑制气动干扰力矩,反作用飞轮可与偏置动量轮组成单自由度偏置动量控制,反作用飞轮用作补偿轮,沿X轴安装。采用飞轮角动量补偿和磁补偿方法提高固定偏置动量控制精度:为防止赤道上空X轴处于磁不可控区时补偿轮角动量变化对X轴的干扰,对补偿轮角动量输出进行限幅,给出了补偿算法;为防止反作用飞轮限幅后角动量对Z轴产生干扰,设计了磁补偿控制策略。仿真结果表明:在同时采用角动量补偿和磁补偿后三轴姿态控制精度0.2°,较无补偿时有大幅提高。     

卫星跳频通信的跟踪干扰技术

讨论了跟踪式干扰机干扰卫星跳频通信的设计极限条件 (即跳频通信抗跟踪干扰的几何地理保护条件等 )。跟踪式干扰机使用“测频器”电路来确定跳频信号的驻留频率 ,然后再产生包含有该跳频频率在内的窄带干扰来干扰之。对几何地理保护条件的分析结果表明 ,这种跟踪干扰受到空间条件的限制而难以实现。跟踪式干扰机的最小测频时间和正确测量的概率Phc都是接收SNR及测频器分辨力的函数。分析了快跳频 (指的是一跳或多跳每信息字符 )和慢跳频这两种情况 ,还讨论了使用跟踪式干扰机干扰卫星通信FDMA系统的性能 ,给出了最基本的干扰机设计诀窍     

高精度遥感卫星力矩补偿技术

基于建立的卫星姿态动力学模型,对高精度遥感卫星有效载荷工作时载荷运动产生的干扰力矩及其对卫星姿态的影响进行了研究。提出了反馈控制＋力矩补偿的方法,给出了力矩补偿的设计。仿真结果表明：在补偿时延小、补偿精度高条件下利用补偿轮进行力矩补偿,可提高卫星的姿态稳定度,使其满足卫星成像时的姿态控制指标要求。     

基于反馈线性化和变结构控制的飞行器姿态控制系统设计

在大姿态角的情况下，飞行器姿态运动的非线性因素和耦合因素不容忽略，使得传统的基于小扰动假设的近似线性化处理方法面临难以克服的困难。本文首先运用反馈线性化方法，将飞行器姿态通道线性化解耦成三个单输入单输出系统，然后运用分散滑动模态变结构控制理论对每个通道分别设计变结构控制器，以期使系统获得对参数摄动和外部扰动的鲁棒性。理论研究和数值仿真表明，所设计的控制系统可以适用于飞行器大姿态角飞行的情况，并对系统参数摄动和外部扰动具有较强的鲁棒性。     

考虑侧窗约束的模型预测静态规划末制导方法

针对红外导引头侧窗探测模式下,非对称视场约束造成末制导阶段目标易丢失的问题,提出一种考虑侧窗约束的模型预测静态规划末制导方法。首先,基于体视线坐标系建立三维相对运动模型,得到不依赖于“小攻角”假设的准确模型。在处理无过程约束问题的模型预测静态规划方法基础上,引入松弛变量与虚拟控制量,设计出考虑侧窗视场约束的末制导算法。为了进一步降低末制导算法对初始猜测轨迹的依赖性,提高适应性与计算效率,提出逐步增加约束条件的计算策略。仿真结果表明,该方法在末制导过程中满足侧窗约束,相比于凸优化方法,优化变量减少,计算速度更快;相比于基于障碍李雅普诺夫函数的末制导律,能够满足侧窗约束,同时能适应不同的初始条件。     

智能结构及其控制系统集成优化设计

将智能结构的振动控制性能指标和集成结构的质量为目标函数，结构尺寸参数和控制系统的控制参数同时作为独立的设计变量，并施加约束条件，从而将智能结构及其控制系统集成优化设计问题转化为多目标数学规化问题，数值结果表明，利用本文方法设计出的智能结构及其控制系统，能极大地抑制系统的振动。     

Effect of weightlessness on posture and movement control during a whole body reaching task

Here are reported preliminary results of the “Synergy” experiment performed aboard the Russian orbital station “MIR” in July 1993 (Altaïr Mission). The experiment was carried out before, during, and after the space flight of two astronauts (S1 and S2). The duration of the flight was 21 days for S1 and 6 month for S2. The subjects were tested during preflight, inflight and postflight. The astronaut subjects were fixed on the ground by the feet. They were asked to pick up a box in front of them on the ground. Two velocities of movement and two distances of the target to be reached were tested. The movement of several small markers placed on the body was recorded on video tape.

Results show that the shape of head and hand trajectories in the sagittal plane remains roughly the same during the flight in spite of the modification of mechanical constraints. Trajectory invariance does not result in joint angular displacement invariance. These data indicate that the planning of the movement takes place in terms of head and hand trajectories rather than joint rotations as it was previously suggested for simple arm reaching movement.     

考虑输入饱和的多航天器系统姿轨耦合分布式协同跟踪控制

基于一致性理论,研究了多航天器系统相对轨道及姿态耦合的分布式协同控制问题。在仅有部分跟随航天器可获取领航航天器信息的情形下,针对各跟随航天器存在未建模动态以及外部环境干扰等问题,利用双曲正切函数的性质,提出了考虑输入饱和的分布式自适应协同控制律。首先,对于领航航天器具有时变状态的情形,为每个跟随航天器设计了3个滑模估计器,对领航航天器的状态进行估计。其次,针对跟随航天器间相对速度和角速度难以测量的问题,设计仅需领航航天器状态的切比雪夫神经网络自适应更新律。最后,设计考虑输入饱和的分布式自适应协同控制律保证各跟随航天器跟踪动态领航航天器。仿真结果表明了该算法的有效性、可行性。     

适应于RBCC运载器的轨迹优化建模研究

根据RBCC动力系统工作原理,分析了RBCC运载器上升段轨迹特点和设计矛盾。针对此类飞行器工作模态多、冲压模态约束条件复杂、传统优化模型无法求解其全局最优解的问题,以Radau伪谱法为基础,建立了基于混合积分变量的全程最优轨迹求解模型,并引入连接条件模型。该模型可以有效处理RBCC运载器多段飞行轨迹约束条件,克服了传统建模方法的不足。采用50km、Ma8运载任务算例校验优化模型,优化结果显示,所研究模型符合RBCC运载器工作特点和任务需要,可快速求解此类运载器上升段最优轨迹。     

Optimization of low-thrust orbit transfers with constraints

Approximate numerical methods of optimization are presented for multi-orbit noncoplanar orbit transfers of low-thrust spacecraft. The linear representation of derivatives of boundary parameters is used in the vicinity of a reference trajectory with its discretization into small segments. For each segment a set of pseudo-impulses is introduced, representing possible directions of the thrust vector. In order to solve essentially nonlinear problems, the iterative process of upgrading the reference trajectory is used. At each iteration the linear programming problem of high dimensionality is solved, its boundary conditions being represented in the form of a linear matrix equation. Interval constraints are considered in the form of blocking the propulsion system operation on shadow segments of the orbit, as well as cycling constraints, and constraints on total duration of maneuvers at certain trajectory segments. The results of comparison with solutions obtained by other methods are presented together with examples illustrating the convergence of iterative processes. Optimizations of the trajectories for launching geosynchronous satellites to their orbits and of the trajectories of a noncoplanar transfer from low to high-elliptic Molniya orbit are considered under these constraints.     

姿控载荷多约束下的内外弹道联合优化

为提升固体运载器整体性能,提出一种姿控载荷多约束的内外弹道联合优化建模方法。首先,建立固体运载器内弹道计算模型和外弹道计算模型,给出大风区和级间分离的姿态控制模型以及杆状减阻装置载荷计算模型。其次,以灵敏度分析方法选择出内外弹道设计参数作为优化设计变量,将姿控摆角需求、减阻杆承载能力作为约束条件,建立以射程最优为目标的优化模型。最后,将该方法应用在某三级固体运载器的优化设计中,以差分进化算法开展仿真校验,射程提高了10.8%,并且优化结果满足姿控和载荷约束。     

卫星姿控系统可重构性综合评价方法研究

针对可重构性评价需考虑系统资源、性能等多约束条件的问题,以卫星混合执行机构姿控系统为研究对象,建立了基于组合赋权法的卫星可重构性综合评价方法。首先,综合分析影响卫星姿控系统的指标因素,结合系统可重构性度量指标构建了综合评价指标体系;然后利用层次分析法和熵权法分别得到权重初值,以最小二乘法为工具建立确定具有主客观意义的优化组合评价权重;最后采用欧几里德距离为测度,计算各方案距离正负理想点的相对接近度并以此作为评价准则。针对多方案系统配置实例进行了验证计算,结果表明利用基于组合赋权法的评价方法能有效地对卫星姿态控制系统可重构性进行综合评估,具有较好的应用价值。     

Optimization of transfers under constraints on the thrust direction: I

Transfers with a low thrust are considered under constraints imposed on the thrust vector direction. These constraints can be caused by peculiarities of the attitude control system and the mode of stabilization of a spacecraft, and, in the general case, they are functions of the time and state vector. The constraints specified by equalities and inequalities are investigated. It is shown that the optimal thrust is directed along the projection of the Lawden’s primer vector onto the restricting set.