零动量—偏置动量三轴姿态控制系统

本文提出一个与常规不同的零动量——偏置动量三轴姿态控制系统的设计方案。该系统由四个斜装的反作用轮组成。用这种方案设计的姿态控制系统有非常好的灵活性。通过改变控制模式,该系统可以组成一个标准的高精度零动量三轴姿态控制系统;也可以组成一个高可靠性的偏置动量三轴姿态控制系统。本文讨论了这种姿态控制系统的设计方法和动力学性能。最后,给出数学仿真的结果。     

偏置动量小卫星抗干扰能力分析与验证

环境减灾-1A、1B（HJ-1A、1B）卫星和海洋-1B（HY-1B）卫星是三颗偏置动量小卫星,均采用偏置动量轮控制和磁力矩器控制,其姿态控制系统具有较强的抗干扰能力。文章对该卫星的抗干扰能力进行了分析和仿真,并根据在轨运行数据给出了验证结果,表明控制系统具有一定的控制精度和稳定性。     

在轨条件下磁悬浮动量轮磁轴承系统稳定性研究

陀螺效应产生的进动和章动是影响磁轴承系统稳定性的根本原因.为了分析在轨条件下星体和磁悬浮动量轮转子的动力学耦合对磁轴承控制系统稳定性的影响,在建立磁悬浮动量轮转子动力学方程和磁轴承控制系统模型的基础上,采用相位分析法和广义根轨迹法对在轨条件下磁轴承控制系统的章动和进动稳定性进行了仿真分析.由于转子的极转动惯量远小于星体的俯仰轴转动惯量,磁轴承控制回路的星体耦合项不影响系统的章动稳定性,而对于低频进动运动提供小角度相位超前增大了进动运动的相角稳定裕度.仿真结果表明在轨条件下动量轮磁轴承控制系统的章动运动相角稳定裕度不变而进动运动相角稳定裕度得到提高.     

卫星大动量矩飞轮的设计

为满足长寿命大型卫星控制系统的需要 ,设计和研制了一种长寿命、大动量矩的动量飞轮。在介绍了国外大动量矩的动量飞轮产品的基础上 ,论述了 5 5N·m·s飞轮的设计技术和关键技术。给出了样机的测试结果并与国外同类产品的性能进行了比较。结果表明 ,样机的设计原理正确。     

一种采用速度控制模式的动量轮控制系统

针对以无刷力矩电机驱动的动量轮提出了利用旋转变压器直接求差进行位置反馈闭路控制及以脉冲输入作为加速度给定量输入的控制系统。控制电路由FPGA芯片集成 ,结构简单、有效。初步实验结果表明 ,系统实现了动量轮在± 30 0 0r/min转速范围内速度控制精度优于 2× 10 - 5且加速度响应时间优于 2 0 0ms的预期要求     

基于MATLAB的自动控制系统仿真与分析

本文在给出机器人行走系统的数学模型的基础上,利用MATLAB对控制系统进行仿真,同时详细地分析了控制系统,给出了系统的时域性能指标、开环频率特性及根轨迹,说明了系统设计的有效性.     

小卫星动量轮非线性特性建模与仿真方法

动量轮是三轴稳定卫星姿态控制的关键执行部件。由于小卫星本身的转动惯量较小，微弱的干扰力矩有可能导致整个卫星控制系统性能下降。因此，建立一个基于动量轮实际物理特性的理论仿真模型对小卫星姿态控制系统设计至关重要。本文提出了一种多输入多输出非线性建模方法，并给出了基于SIMULINK的动量轮物理特性仿真模型。该模型可以同时输出动量轮所有特征参数的实时值。最后，通过开环和闭环控制数值仿真，对模型进行了验证。数值实验结果与实际物理部件的测试结果一致。本方法可以为小卫星姿控系统的仿真提供一个有效的、精确的、可以直接应用的部件级模型。     

基于MATLAB的自动控制系统仿真与分析

本文在给出机器人行走系统的数学模型的基础上，利用 MATLAB对控制系统进行仿真，同时详细地分析了控制系统，给出了系统的时域性能指标、开环频率特性及根轨迹，说明了系统设计的有效性。     

偏置动量卫星偏航姿态估计与控制研究

为改善偏置动量卫星无偏航姿态敏感器时用滚动角间接控制偏航姿态的精度,基于降维观测器设计提出了一种采用偏航角估计值直接控制偏航姿态方法。在分析收敛性的基础上,给出了降维观测器的设计,以及直接控制法的系统模型。理论分析和仿真结果表明,该法能大幅提高偏置动量卫星的姿态精度,且易于软件实现,不增加系统硬件配置。     

CE-4中继卫星使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法

针对嫦娥四号中继卫星动量轮频繁喷气卸载对其使命轨道Halo轨道的扰动问题,定性分析了卫星角动量累积规律和动量轮卸载对使命轨道构型的影响,给出了动量轮卸载前后角动量变化量与喷气卸载等效速度增量的关系,在角动量卸载预测的基础上,提出了一种使命轨道维持与动量轮卸载联合控制方法,通过偏置维持控制目标抵消控后动量轮卸载影响,达到延长轨道维持控制周期和节省推进剂的目的,给出了控制目标偏置量的求解方法。工程应用结果验证了方法的有效性。     

模块化弹载测控设备内总线交互技术研究与应用

长期以来,模块化设计一直是弹载测控设备主流的实现方法。然而,模块间的信息交互方式没有统一的标准,研制单位根据自身的技术特点、信号特征进行定义,其定义的方式直接影响或决定了弹载测控设备实现的难易程度。为研发一种高效的弹载测控设备内部互联技术,使得在弹载测控设备性能要求越来越复杂的当下,让模块的连接更简单更高效,通用化程度更高,本文从功能上及硬件上对弹载测控设备进行精细化架构划分,分成三大核心模块及功能扩展模块,并定义一种高效的模块级内总线接口形式及协议。总线包含一次供电、二次供电及内部交联信号的输入输出,信号的交互采用半双工总线形式,各模块均可在线访问总线,在线编辑总线。经设计与实验验证,采用该总线的设计方法使得弹载测控设备对外接口交互简单,在线生成遥测PCM (Pulse Code Modulation,脉冲编码调制)码流便捷高效,功能扩展模块可自由地叠加或减少,不增加总线接口的硬件负担,使得弹载测控设备通用化程度很高。     

月球探测器软着陆机构

综述了月球探测器软着陆机构的应用与发展现状。介绍了软着陆机构的性能要求和组成,并根据着陆腿结构和缓冲器种类对软着陆机构进行了分类。讨论了着陆器主体设计、着陆腿结构和缓冲器的模块化设计。阐述了着陆器发射、在轨飞行、着陆和着陆后阶段的动力学研究内容。分析了缓冲器设计、着陆机构基本构型设计,以及缓冲器与基本构型主要参数配置等关键技术,对月球探测器软着陆机构设计有一定的参考意义。     

基于解调分选的时分多址信号时/频差参数联合估计方法

针对TDMA多时隙信号不连续,通信时隙外噪声以及其它用户信号影响时/频差参数估计的问题,首先证明了多时隙多普勒频差信号具有相参性,指出多时隙信号在相关处理中能量是可以积累的;在此基础上,根据通信时隙外噪声、其它用户信号与特定用户信号在时域上的可分离特性,提出基于解调分选的TDMA时/频差参数估计方法,并推导分析了该方法的处理性能。试验结果表明,提出的方法可以实现TDMA信号中多用户信号的时/频差参数联合估计,可以有效降低通信时隙外噪声与其它用户信号对参数估计精度的影响。     

基于CPS协同的微系统电源信号完整性设计

裸芯片die、硅通孔TSV(Through Silicon Via)硅转接板、高温共烧陶瓷HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics)管壳等多材质多基板立体堆叠和高密度集成的微系统封装,因空间极度有限、跨尺度立体转换的失配、电磁效应的耦合,低电压大电流电源的电源分布网络PDN(Power Distribution Network)和GHz高速信号的通道设计成为难题。贴合微系统封装尺度越来越接近芯片尺度的特点,以及微系统模块的系统应用需求,研究了基于芯片、封装、系统CPS(Chip-Package-System)协同设计仿真的方法。针对核心电源PDN的设计,采用芯片功耗模型CPM(Chip Power Model),结合TSV硅基板、HTCC管壳、PCB三级去耦电容网络的布放和协同优化,有效降低了电源纹波,保证了电源完整性。针对高速信号通道设计,基于电磁场和电路结合的仿真,将芯片电特性配置与封装互连的拓扑匹配协同优化,封装与板级应用协同优化,保证了信号完整性,且不对封装版图和工艺提出严苛要求。     

月球钻取采样钻头结构参数对力学性能的影响

基于对螺旋钻头的输出月壤阻力、驱动力矩及月壤失效区的分析,建立了钻头的力学模型,该模型综合考虑切削具内外侧面与月壤之间的压力及摩擦力,考虑月壤侧向失效面的面载荷对钻头切削具周向力矩、总功耗及月壤失效距离的影响,数值仿真与试验结果校验了模型的正确性。在数值仿真过程中采用深层月壤本构关系的Mohr-Coulomb模型,使仿真更加符合月壤内摩擦角大于22°的真实情况。利用该模型分析并获得了钻头结构参数对切削具功耗和失效距离的影响规律,以钻头功耗最小为优化目标,用遗传算法对钻头结构参数进行了优化,优化结果降低了钻探过程中的烧钻风险。可为钻取式自动采样机构的钻头设计提供理论依据。     

一种卫星推进系统复合材料氦气瓶设计及验证

在忽略内衬的条件下,对一种卫星推进系统复合材料氦气瓶进行了初步设计,并在考虑内衬的情况下,对初步设计的结果进行了详细设计和改进,获得了气瓶的内衬厚度、螺旋纤维和环向纤维厚度及缠绕角等参数。用有限元法对所设计的氦气瓶进行静力学、稳定性和模态分析,并作了完整的鉴定试验。设计和验证结果表明,基于网格理论的复合材料容器设计法可用于空间高压气瓶的设计,用有限元法对气瓶的力学性能进行分析和验证。两者结合,可有效满足复合材料压力容器设计及其分析的工程需求。     

Approaches to the development of biomedical support systems for piloted exploration missions

Many aspects of the biomedical systems developed and realized aboard orbital stations, the International space station in the first place, deserve to be regarded as predecessors of the systems for health monitoring and maintenance of future exploration crews. At the same time, there are issues and tasks which have not been yet fully resolved. Specifically, these are prevention of the adverse changes in body systems and organs due to microgravity, reliable protection from the spectrum of space radiation, and elucidation of possible effects of hypomagnetic environment. We should not walk away from search and development of key biomedical technologies such as a system of automated fitness evaluation and a psychodiagnostic complex for testing and optimization of operator′s efficiency, and others. We have to address a large number of issues related to designing the composite life support systems of the utmost autonomy, closure and ecological safety of the human environment that will provide transformation of all kinds of waste. Another crucial task is to define a concept of the onboard medical center and dataware including the telemedicine technology. All the above developments should assimilate the most recent achievements in physiology, molecular biology, genetics, and advanced medical technologies. Biomedical researches on biosatellites also do not lose topicality.     

幂律型流体射流破碎建模和实验问题探讨

简要回顾了射流破碎研究的现状,讨论了幂律型流体射流破碎建模和实验的相关问题。射流破碎建模的关键在于依据流体的胶凝结构和组份物性,射流与环境气体之间的作用关系,提炼主要影响因素。射流破碎实验研究的关键在于高分辨率和高速成像技术等光学测试技术。建模和实验的主要作用在于揭示射流破碎的机理,分析相关因素的影响,为喷注器雾化研究提供参考,为燃烧室冷却设计提供依据。     

滚转偏转头导弹动态特性分析

基于复角模型,研究了弹头偏转对于偏转头导弹飞行稳定性和操纵性的影响。依据偏转头导弹的多体特点,建立了包含弹头和弹体动力学特征的滚转偏转头导弹多体动力学模型,通过模型简化,得出了其复角模型。以弹头偏角作为输入,攻角和侧滑角作为输出,得出了滚转偏转头导弹的传递函数。分析传递函数发现,弹头偏转主要影响了导弹传递函数的零点,文中给出了满足系统最小相位的条件公式;当弹体绕纵轴逆时针旋转时（由弹尾向前看）,导弹模型总为最小相位系统;定性分析了气动参数对于导弹运动稳定性的影响,得出弹头偏转运动对于飞行稳定性没有直接影响的结论;动力学仿真表明,弹头与弹体相互作用,导致两者产生相反的角运动。本研究表明,通过合理的选择气动和结构参数,并使导弹飞行过程中绕纵轴逆时针旋转,可以保证偏转头滚转导弹飞行过程中的运动稳定性,并有利于自动驾驶仪的设计。     

How the design of a sleeping bag can support counter-measuring fatigue

The paper discusses six case studies of sleeping bag design, one used by astronauts onboard the Space Shuttle and another currently being used on the ISS, which was developed by a Russian company. Two inflatable designs, one by Wubbo Ockels for ESA and one by the University of Technology in Munich in cooperation with NASA are chosen as case studies as well. Two recent designs set a new paradigm and option of sleeping in zero-g. The cut of the sleeping bag of these two design case studies allows the person to relax and sleep in the neutral body position. They were developed by Toshiroh Ikegami from Kyoto City University of Arts and astronaut Chiaki Mukai for JAXA, and by the Vienna based team LIQUIFER Systems Group in cooperation with ESA-astronaut Gerhard Thiele.Currently there is an increased interest in astronauts' and cosmonauts' sleep quality and related comfort because analysis of their sleep quality showed that sleep during long exposure to microgravity does not always ensure good recovery of cognitive and functional capabilities. Present research in the area of sleep and performance preservation include studies by the Institute of Biomedical Problems (IBMP) in Moscow and the NASA-JSC study from the Behavioral Health and Performance Element Human Research Program about improving sleep quality on ISS.In the context of the paper the operational medical challenges of sleep quality will be described in order to establish the relevance of effective sleeping bag designs to support spaceflight crewmembers' well-being.