基于扩展卡尔曼滤波器的航天器姿控飞轮故障诊断

将未知输入卡尔曼滤波器扩展到非线性系统,并将其应用于检测航天器飞轮出现的早期渐变型故障,以提高故障检测的及时性,避免重大事故的发生。通过构造一组结构化残差实现故障分离,采用Wald序列检测方法处理滤波残差,最后给出故障判断逻辑。仿真结果验证了结论的有效性。     

姿控发动机热防护研究

经分析,某运载火箭定向姿控发动机所在环境的主要热源为游机喷管辐射、游机燃气羽流辐射、涡轮废气管辐射等。计算得出各受热危险部位所接受的辐射热流,依据热流值提出了对辐射热流较大的地方采取隔热材料包覆的热防护方案,并对热防护方案进行数值仿真和试验验证,试验值与仿真结果接近。     

姿控发动机推力室推力量级系列化的研究与探讨

文摘分析了我国目前在研的各种用途的姿控发动机的现状和存在的问题,根据实际工作情况,研究和探讨了姿控发动机推力室推力量级系列化方案,并提出了几点工作建议。     

大气环境监测卫星姿轨控分系统设计与在轨验证

大气环境监测卫星是我国首颗大气环境综合探测卫星。本文介绍了大气环境监测卫星的姿轨控分系统(AOCS)设计,包括体系结构、高精度姿态测量设计和稳态飞轮控制方案等,重点论述了姿态补偿方法和在轨验证情况。在轨数据表明,卫星的姿态测量精度、指向精度和姿态稳定度均满足指标要求。     

轨姿控推进系统用电磁阀性能仿真研究

轨姿控推进系统采用电磁阀控制内部流体通路的开启与断流,从而实现其重复启动和脉冲工作.在轨姿控推进系统快速稳定工作问题的研究中,电磁阀的性能对推进系统至关重要.针对轨姿控推进系统用电磁阀,基于电磁学及运动学等基本原理,建立了电磁阀动态数学模型,利用Matlab Simulink软件进行了动态仿真,得到了电磁阀动态响应特性;采用CFD软件对阀门内部流场进行数值模拟仿真,获得了精确的静态流阻特性,直观展现了电磁阀动态流场,为电磁阀的性能优化和轨姿控推进系统的性能提高提供依据.     

轨姿控发动机振动试验夹具结构拓扑优化

针对轨姿控发动机部分振动试验夹具存在质量偏大、频率特性差等问题,采取拓扑优化的方法对典型试验夹具进行了结构设计改进。基于Optistruct的拓扑优化模块,讨论了动力学拓扑优化模型及多目标优化的实现策略,介绍了离散度参数及最小成员尺寸等优化控制参数的设置。通过对推力装置块状试验夹具的拓扑优化,研究了优化目标及控制参数对优化结果的影响。优化后夹具频率特性满足试验要求,减速效果明显。通过实物振动试验,验证了正弦振动和随机振动试验条件下夹具控制响应平稳,满足试验容差要求。最后,通过对某型轨姿控发动机整机锥状试验夹具的结构设计改进,进一步拓展应用了拓扑优化方法。仿真结果表明,优化后夹具的模态频率和动态响应特性显著改善,为后续发动机振动试验夹具设计提供借鉴。     

姿控发动机减压阀出口压力偏差计算方法研究

减压阀出口压力偏差对姿控发动机的性能有较大影响,通常所采用的小偏差分析方法因不能有效分离非调整工况下工况偏离和其它干扰因素对发动机性能的相互影响,所计算的减压阀出口压力范围误差较大。本文提出了将工作工况作为影响发动机性能的一项干扰因素,基于姿控发动机系统静态模型,应用系统压力平衡原理计算发动机各工况下干扰因素影响系数的方法,根据计算结果采用随机误差分析方法确定了减压阀的出口压力偏差范围,所得结果符合发动机性能要求。     

姿控用再生冷却推力室传热特性研究

对采用MON-25／MMH推进剂的姿控用再生冷却推力室的传热特性进行了研究。首先使用二维传热计算程序,对推力室壁及再生冷却剂MMH的传热特性进行了初步评估,然后运用CFD软件对该问题进行了三维数值模拟,最后将两种方法的计算结果与常温300K和低温243K入口条件下的MON-25／MMH再生冷却推力室热试车状态进行对比,发现三者基本一致。     

瞬变流速作用下姿控发动机燃料管路的非线性振动特性分析

为研究瞬变流速激励下某型卫星姿控发动机燃料输送管路的非线性振动特性,采用加权余量法和四阶Runge—Kutta法对燃料输送管路的非线性液固耦合振动模型进行了数值仿真,研究不同燃料流速下、电磁阀开关时长对燃料管路非线性振动稳定性的影响.仿真结果表明,依据管路特征线可将管路振动分为稳定振动区和不稳定振动区,且不稳定振动主要...     

基于AMESim的姿控发动机压力振荡传递特性研究

扰动压力在发动机液路中传递时,会引发燃烧室和供应管路耦合振荡,进而导致系统失稳。基于AMESim软件建立姿控发动机仿真模型,在供应管路和燃烧室两种压力扰动输入条件下,通过计算液路压力扰动率,分析了中频不稳定压力振荡传递特性。结果表明:供应管路压力扰动向下游传递时呈线性增长,燃烧室压力扰动向上游传递时迅速衰减。受激振荡压力幅值随振荡频率的增加先增大后减小,并存在谐振峰值。燃料管路对供应压力扰动敏感性较高,而氧化剂管路则对燃烧室压力扰动敏感性较高。扰动压力在谐振频率附近影响较大,系统受激振荡剧烈,而受到其他频率影响较小。     

挠性板振动抑制的敏感器与驱动器优化配置

本文针对挠性板结构的主动振动控制问题，推导了悬臂板系统压电控制方程，利用方程的输入输出矩阵和板系统的固有特性（包括固有频率和结构阻尼比），给出一种压电敏感器/驱动器同位配置的优化方法。该方法根据每个敏感器/驱动器对相应模态的能观度/能控度的贡献大小，对板系统的每个驱动器输入到敏感器输出相应模态的范薮 进行适当加权后，得到模态范数矩阵，并由此利用2-范数和无穷-范数引出敏感器/驱动器可选位置的优化配置指标。     

太阳帆航天器姿态控制技术综述

太阳帆作为一种无工质消耗的新型航天器推进技术,逐渐受到国内外航天界的广泛关注。文章首先综述了太阳帆航天器控制技术的发展现状,重点分析了太阳帆航天器姿态控制技术的特点和难点;其次,按照执行机构的不同,分别介绍了近年来国内外航天领域提出的多种太阳帆航天器姿态控制方案,针对各个方案的优缺点加以分析;最后,对该领域未来的发展前景进行了展望。     

Analysis and experiments for delay compensation in attitude control of flexible spacecraft

Space vehicles are often characterized by highly flexible appendages, with low natural frequencies which can generate coupling phenomena during orbital maneuvering. The stability and delay margins of the controlled system are deeply affected by the presence of bodies with different elastic properties, assembled to form a complex multibody system. As a consequence, unstable behavior can arise. In this paper the problem is first faced from a numerical point of view, developing accurate multibody mathematical models, as well as relevant navigation and control algorithms. One of the main causes of instability is identified with the unavoidable presence of time delays in the GNC loop. A strategy to compensate for these delays is elaborated and tested using the simulation tool, and finally validated by means of a free floating platform, replicating the flexible spacecraft attitude dynamics (single axis rotation). The platform is equipped with thrusters commanded according to the on–off modulation of the Linear Quadratic Regulator (LQR) control law. The LQR is based on the estimate of the full state vector, i.e. including both rigid – attitude – and elastic variables, that is possible thanks to the on line measurement of the flexible displacements, realized by processing the images acquired by a dedicated camera. The accurate mathematical model of the system and the rigid and elastic measurements enable a prediction of the state, so that the control is evaluated taking the predicted state relevant to a delayed time into account. Both the simulations and the experimental campaign demonstrate that by compensating in this way the time delay, the instability is eliminated, and the maneuver is performed accurately.     

微型固体姿控发动机微喷管内气粒两相流动规律的CFD-DSMC研究

微型固体姿控发动机在航天领域具有广泛的应用前景。以基于MEMS技术的微喷管为研究对象,首先通过计算微喷管中的克努森数,得到了微喷管中的气相流动状态;然后,采用CFD-DSMC方法,模拟了微喷管中的气粒两相流动,并研究了颗粒相质量分数和粒径对气相流动的影响。结果表明,在所研究的来流条件下,微喷管中的连续介质假设是成立的;气相与颗粒相间的动量和能量交换,导致气相马赫数降低、温度升高,同时也导致颗粒相速度增加、温度降低;颗粒相质量分数和粒径均能显著影响气相的马赫数和温度。     

航天器姿态容错控制技术研究现状与发展

更远、更复杂的人类空间探测任务要求航天器具有更高的可靠性,因此航天器的容错控制技术受到了广泛关注。对航天器姿态系统的容错控制技术发展现状进行了分析,总结了国内外近年来航天器姿态容错控制的成果,重点分析了利用自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制等理论开展容错控制的进展,并分别阐述了采用不同技术途径发展容错控制的优缺点。最后,展望了航天器姿态容错控制技术未来的发展。     

航天器分布式系统仿真验证平台设计与实现

文章分析了航天器分布式系统仿真平台的特点和需求,根据分布式集成仿真平台多操作系统、混合架构、分布式结构、模型管理、试验设计、仿真运行、数据管理的技术特点和功能需求,对相应关键技术进行了攻关,制定了实施方案,在此基础上完成了相关设计和实现。平台能够适应全数学与半物理2种仿真工况,满足航天器系统方案设计全面仿真验证需求,并可方便接入商业或自研软件。最后通过仿真实例对平台的功能性能及通用性进行了验证。     

空间碎片软捕获姿轨控模型构建与仿真

为构建利用柔性机械臂捕获空间碎片的系统仿真模型,首先分析梳理空间碎片捕获典型任务流程,包括轨道转移、位置保持、路径规划、动量稳定控制等阶段;然后针对任务流程分别搭建基于Simu Link的路径规划、动量缓冲控制、姿态控制、动力学和轨道仿真等子系统;各个子系统之间以TCP/IP的方式进行数据交互,最终完成空间碎片软捕获任务姿轨控仿真系统的构建。     

电缆分布电容对航天器低频交流信号传输的影响分析

在航天器中传输低频交流信号时,由于传输电缆分布电容的存在,若电缆参数选用不当,经常会导致信号产生较大的衰减。文章分析了分布电容对交流信号传输的影响,并提出了一种使用双绞线传输低频交流信号的方法。试验结果表明,该方法能够有效减小电缆对低频交流信号的衰减。     

质量特性调整机构在航天器中的应用

质量特性调整机构具有成本低、体积小、重量轻、工作寿命长、可靠性高的优点,被用于在轨精确调整航天器的质量特性,从而确保航天器能够提供高精度的姿轨控以及部分有效载荷的正常工作。文章首先介绍了质量特性调整机构的设计原理和方案,以及在航天器中的应用情况和研究现状;其次对质量特性调整机构需要解决的关键技术进行了分析;最后对其在我国航天活动中的应用进行了展望。