精确轨道航天器的姿态机动策略选择

航天器姿态控制一直是地面飞控的核心,尤其对于有精确轨道控制要求的航天器,姿态控制的策略选择直接关系任务成败。探月三期月地高速再入返回任务对再入角有着严格要求,为了实现返回器高精度再入,在系统介绍服务舱的姿态控制模式、控制方法和控制流程的基础上,提出了利用修改相平面参数和轮控调姿,以建立轨控姿态,从而减少姿控喷气,并提高轨控精度的方法。飞行结果表明,中途修正的控制精度从最初的分米量级提高至0.009m/s。高精度轨道控制使得提前32h再入角控制精度达到0.024°,较设计指标提高1个数量级。文中提及的轮控调姿方法可作为未来深空探测任务姿态控制的设计参考。     

弹道导弹中段飞行调姿规划技术

目前弹道导弹组合中制导飞行段存在多种调姿时序要求。为了协调各种要求,提出了一种弹道导弹中段飞行调姿规划方法。首先,采用四元数姿态控制方法推导了最小时间和给定时间条件下的姿态角速度指令以及程序四元数,求出四元数姿态控制偏差量作为最优调姿时序规划的基础;然后,确定了中制导各阶段的时序约束条件,建立了优化中段飞行调姿时序的规划模型;最后,采用随机方向搜索法对仿真算例进行了优化计算。仿真结果表明,调姿规划模型可以实现中段飞行姿态时序的协调。     

基于有向图的航天器编队飞行自适应姿态协同控制

在有向通信拓扑下研究了编队航天器自适应姿态协同控制问题。针对航天器编队飞行系统中存在外部扰动和模型不确定性的情况,通过选取包含相对姿态误差和绝对姿态误差的辅助变量,提出了一种鲁棒自适应控制策略。提出了自适应律估计转动惯量矩阵和扰动上界等未知参数,并且利用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的渐近稳定性。与滑模控制等传统鲁棒控制不同,所设计的鲁棒自适应控制器是连续的,更便于航天器编队飞行系统的实现。最后通过仿真验证了该控制策略能够实现高精度的编队飞行跟踪控制。     

航天器惯性及其组合导航技术发展现状

航天器是在地球大气层以外运动的飞行器,也包括部分从宇宙空间返回地球的飞行器。在航天器的飞行过程中,惯性敏感器是实现航天器姿态确定、速度变化测量的关键敏感器之一。随着航天器任务的不断扩展,航天器对惯性器件的使用日趋复杂,高精度定姿、惯性导航、组合导航等技术在应用深度和广度上不断发展。以此为背景,对航天器惯性技术的发展脉络进行了全面的梳理和总结,包括惯性技术的使用方式、技术现状以及未来发展等几个方面的内容。     

基于POGO柱三点支撑的飞机大部件调姿方法

 针对飞机数字化装配中大部件调姿与对接问题,设计了一种精密三坐标POGO柱,在此基础之上提出了一种基于三坐标POGO柱三点支撑的姿态调整方法。对基于POGO柱的调姿特性进行了分析,掌握了姿态可叠加特性和POGO柱受力状态的可叠加特性,由此得到了大部件调姿过程中三坐标POGO柱受力变形的计算方法,并给出POGO柱变形引起大部件姿态误差的数学模型,为控制系统实施调姿过程误差补偿提供了依据。仿真分析和实验研究表明基于3个POGO柱的大部件调姿方法具有稳定、可靠、高效的优点,通过简单的重组可以推广到四点支撑以便适应各类大型部件姿态调整的需要。     

基于全驱系统方法的组合航天器位姿自适应预设性能控制

针对非合作航天器被成功捕获后所形成的组合航天器的位姿控制任务,考虑系统中含有的未知扰动的影响,设计了一种基于全驱系统方法的自适应预设性能控制器。根据欧拉姿态动力学方程和轨道动力学方程,建立了简洁的组合航天器位姿动力学方程;通过引入预设性能函数,对组合航天器位姿误差的瞬态和稳态性能进行约束;进一步应用全驱系统方法,对带有未知扰动的组合航天器位姿误差系统设计自适应预设性能控制器;此外,通过构造Lyapunov函数证明了所提出的控制器的稳定性;最后,数值仿真结果和半物理仿真实验结果表明,在所设计的控制器作用下,组合航天器能够实现精确的位姿控制,同时系统的状态误差始终收敛于预设性能包络内,验证了所设计控制器的有效性和实用性。     

类天宫航天器迎风面积建模及变化特性分析

针对类天宫航天器复杂结构外形迎风面积的精确计算问题,提出了一种在轨飞行期间迎风面积的计算模型。该模型考虑航天器姿态变化和帆板转动因素,在航天器本体系下建立经纬度网格,将三维的投影方向矢量转化为二维的经度、纬度;基于图形学几何投影方法,对投影经度、投影纬度、帆板转角模型参数按照一定颗粒度离线穷举,计算各种参数状态的迎风面积,离线建立航天器迎风面积模型;轨道计算过程中,根据航天器在轨飞行模式确定该时刻的姿态和帆板转动角度,通过迎风面积模型插值获得迎风面积。应用该方法计算天宫一号长期在轨飞行阶段的迎风面积,对不同时间尺度的变化规律进行了分析,验证了方法的有效性。     

基于液态压舱的平流层飞艇姿态调节方式研究

姿态调节机构是平流层飞艇姿态控制系统的执行部件,姿态调节贯穿于飞艇上升、平飞和下降整个过程。现有技术中,平流层飞艇姿态调节主要有升降舵、调姿副气囊和固态压舱三种形式,针对升降舵和调姿副气囊控制效率低以及固态压舱不能循环利用等问题,提出了一种基于液态压舱的平流层飞艇姿态调节新方案。论述了新方案的设计要求、结构特点以及原理分析。新方案采用液态压舱的形式,不仅提高了姿态调节控制效率,而且可以循环利用。验证飞艇飞行试验结果表明,采用该方案的姿态调节形式能够满足平流层飞艇长时间飞行控制需求。     

基于仿真系统的航天器故障监视软件设计

围绕在航天飞行控制中心（AFCC）建立基于仿真系统的、与任务实战同步的航天器故障监视软件这一主题,简介系统环境,论述仿真系统航天器同步故障监视软件的软件需求,分析和设计软件体系结构,并给出部分实现的示例。     

光学导航在舱器分离监视中的应用

针对嫦娥5T1再入返回飞行试验任务中的服务舱、返回器分离监视问题,研究了利用服务舱分离监视相机图像进行舱器距离判断的方法。首先根据舱器分离点预报得到标称轨道;其次构建了观测模型并阐述了导航系统的滤波算法;然后对分离监视相机图像进行二值化处理和边缘提取,得到返回器的像元像素信息;最后利用扩展卡尔曼滤波算法对返回器相对位置、速度进行实时解算。舱器分离的可靠监视对判断分离,返回器安全预警,乃至及早发现故障辅助飞控决策具有重要的意义,其基本原理和流程也可作为星上自主光学导航的参考。     

输入量化下航天器位姿一体化预设时间控制

航天器在轨抢修或维护等空间近距任务中，往往要求执行任务的航天器在限定的时间窗口和有限通信带宽的条件下，实现对目标的位姿跟踪。针对其姿轨耦合控制问题，提出了一种带有输入量化的姿轨一体化预设时间控制方法。首先，在Lie群SE(3)框架下，建立了相对运动航天器位姿一体化误差动力学模型。其次，引入了输入量化机制，减小控制器到执行机构间的通信频次。接着，基于推导的实际预设时间稳定引理，结合反步法设计了一种非奇异预设时间位姿跟踪控制器。为提高系统鲁棒性，设计新型自适应律估计并补偿系统总扰动，并利用量化器参数抑制量化误差；该方法能够在不依赖系统初始状态、输入量化和扰动信息未知的情况下实现预设时间内稳定，且稳定时间上界可由一个控制参数预先设定。然后，基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后，数值仿真结果验证了该方法的有效性。     

人工智能在航天飞行任务规划中的应用研究

 在航天飞行任务中,如何设计航天器的飞行过程,如何确定地面对航天器的控制操作,如何制定飞行控制计划等,是地面飞行控制中心面临的重大问题,也是航天飞行任务规划所要解决的基本问题。在充分认识和把握人工智能基本原理、方法和技术的基础上,提出了一个基于规则演绎和状态演化的生长式推理模型,并对模型的特性进行了详细讨论,然后导出了该模型在航天飞行任务规划问题中的具体形式,从而成功地解决了航天任务自动规划的难题。通过在实际航天任务中的应用和验证,不仅证明该模型和方法是正确的、可行的和高效的,而且证明人工智能在航天飞行任务规划中有着广阔的应用前景。     

基于干扰观测器的天基观测航天器姿态控制设计

与地基空间目标监视系统相比,天基观测系统具有监视范围广,不受国界限制,观测精度高等优点,是未来空间目标观测技术的重要发展方向。但天基观测航天器工作时,相机转台的运动,太阳能帆板挠性部件的弹性振动与航天器的姿态运动相互影响,构成强耦合的非线性系统,传统的控制方案无法实现对这类天基观测航天器的高精度姿态控制。文章针对某一空间观测航天器的任务要求,设计了基于干扰观测器的前馈补偿航天器姿态控制系统,仿真实验结果表明:姿态角控制精度小于 0.06°,姿态角速度精度小于 0.03(°)/s,达到了精度要求。     

航空百科(44)

<正>自动驾驶仪Autopilot自动驾驶仪,是一种稳定飞行器飞行姿态并通过它去操纵飞行器的自动控制装置。在有人驾驶的飞机上,使用自动驾驶仪是为了减轻飞行员的操纵负担,使飞机自动地按预定的姿态、航向、高度和速度飞行。飞机受到暂时的干扰后,自动驾驶仪能使它恢复到原有的飞行航线和稳定的飞行状态。因此,早期的自动驾     

中国民航应优先发展ADS-B应用技术

提高空中交通管理监视能力、加强航空企业对飞行运行的监视、改善航空器协同避撞性能,这是“十一五”期间我国航空运输业加快发展必须面对的问题。新一代ADS-B航行监视技术,为解决这些问题提供了有效的手段。因此,“十一五”期间——自动相关监视(ADS)技术,是基于卫星定位和地/空数据链通信的航空器运行监视技术。最初,ADS技术是为越洋飞行的航空器在无法进行雷达监视的情况下,希望利用卫星实施监视所提出的解决方案。在ADS概念下衍生的ADS-B——“广播式自动相关监视”技术,不仅成功应用于无雷达地区的远程航空器运行监视,而且与传…     

空间机器人抓捕目标后姿态接管控制

针对姿轨控系统已经失效的目标航天器姿态控制问题,提出一种空间机器人抓捕目标后姿态接管控制方法。该方法首先利用空间机器人抓捕目标航天器,并保持在固定构型形成组合航天器;其次确定参数突变后组合航天器新的惯量主轴、主惯量和控制力矩分配矩阵;然后在状态空间建立组合航天器的非线性误差姿态动力学;最后采用-α稳定度设计方法来设计服务航天器的SDRE姿态接管控制器,并通过θ-D求解方法得到SDRE控制器的次最优控制律,实现服务航天器对目标航天器的姿态接管控制。仿真结果表明,相比传统的SDRE控制器设计,基于-α稳定度设计的SDRE控制器能够使得系统闭环极点远离虚轴,θ-D求解方法可以降低计算量,因此具有更好的稳定性和实时性。     

基于退步法的敏捷航天器姿态控制方法

主要研究敏捷航天器大角度姿态机动问题。首先,以SGCMG(Single Gimbal Control Momentum Gyroscope,单框架控制力矩陀螺)为执行机构,建立了基于四元数的航天器姿态机动数学模型;然后,针对SGCMG的奇异问题,研究了基于力矩输出和回避奇异能力最优的联合操纵律;最后,基于敏捷航天器姿态误差模型和李雅普诺夫稳定理论设计了一种退步控制律。仿真结果表明,该控制方法能够很好地实现大角度机动目标并有效避免了SGCMG的奇异状态,满足姿态机动任务的控制精度和稳定度要求。     

飞机大部件自动对接同步调姿方法

提出了飞机大部件自动对接同步调姿方法,实现了大部件调姿基准点的连续自动跟踪测量和位姿连续调整.在此基础上开发了集测量场构建、大部件位姿解算和调整等功能于一体的大部件自动对接集成控制软件,并在ARJ21飞机翼身自动对接现场进行了应用试验,结果证明该方法能有效完成飞机翼身自动对接过程,提高测量和对接效率.     

航天测控虚拟现实系统的设计实现

利用虚拟现实系统进行航天测控监视，能够直观表现航天器的空间位置、轨道、姿态、外部件工作状况、以及日地星相对运动规律、设备跟踪情况，为指挥和技术人员分析掌握航天器的运行情况提供监控手段，同时能够对各种岗位人员进行任务培训。本文介绍了虚拟现实（VR）的一般概念，分析了航天测控系统的需求，详细论述了航天测控虚拟现实系统的设计实现方法以及主要的技术问题。     

虚拟飞机姿态评价系统在数字化装配中的应用

目前飞机大部件数字化调姿、定位技术在飞机制造业得到了推广及应用,但在飞机大部件调姿、定位过程中,不同测量点的选择可能造成不同的飞机姿态;零件制造、部件装配、测量设备等各环节引入的误差积累也会导致飞机位姿状态与飞机理论模型的偏差,飞机状态无法与理论位置最佳匹配.为最小化飞机姿态误差,提高飞机调姿、定位效率,提出一种用于飞...