轨道维持与机动的最优控制

从航天器的轨道运动学方程出发 ,运用线性离散系统最优控制理论 ,提出了一种用于航天器轨道维持与轨道机动的最优控制方法 ,建立了相关的最优控制模型并给出了求解该模型的算法。仿真计算结果表明 ,本文提出的最优控制方法是正确和可行的     

利用小波分析识别空间目标的轨道机动

空间目标的轨道机动是与机械能的变化联系在一起的。机械能无法直接测量，只能通过空间目标的位置与速度计算。通过地面雷达可以得到空间目标的测距与测角信息，可以将其转为位置信息。空间目标的速度也不易直接测量，需要根据位置信息，通过微分平滑处理获得。由于测量噪声的影响，机动引起的机械能的变化淹没在噪声中，不容易识别。小波分析可以在一定程度上将淹没在噪声中的机械能变化揭示出来，提高轨道机动的识别能力。利用二进小波在不同尺度下分析机械能随时间的变化，尺度由小至大时真实信号含量增加，噪声含量受到抑制。观察小波系数曲线随小波分析尺度的变化趋势就可以快速判定是否存在轨道机动。仿真结果验证了识别方法的可行性。     

轨道机动作战中的待机轨道研究

从空间作战的作战样式出发,研究了轨道机动作战中的待机轨道,主要对轨道机动作战中的天基作战平台的机动能量———时间消耗进行了计算分析,并对处于不同待机轨道上的天基作战平台的机动作战能力及其他系统对其的保障能力进行了分析研究,同时考虑了其它的各种限制因素,对于轨道机动作战中的天基作战平台的待机轨道研究有一定借鉴意义。     

椭圆参考轨道卫星编队构形的最优机动控制

研究了椭圆参考轨道编队飞行构形机动中的时间燃耗最优控制问题。以综合体现时间快速性和燃耗最优性的二次型性能指标作为优化准则,将构形机动的时间燃耗最优控制问题转化为一个线性规划问题,从而得到构形机动的最优机动时间以及相应的推力脉冲个数、幅值和作用时刻。最后在不计和计及地球引力摄动的两种不同情况下,分别利用Matlab和STK/Astrogator进行数值仿真,验证了控制算法的有效性。     

轨道机动飞行器的制导、导航和控制

本文阐述了轨道机动飞行器(OMV)的概念及其功能,阐述了其所承担的飞行任务,制导、导航和控制的一般问题以及可能使用的硬件。     

空天飞行器交会的轨道机动策略研究

在给出了空天飞行器(Aerospace Vehicle,ASV)的概念及任务构想之后,依据轨道动力学,结合ASV的特点,研究了ASV与目标在同一圆轨道上以及在共面不共轨圆轨道上的交会策略。其中,针对同一圆轨道上的交会分析了椭圆轨道机动和快速机动两种交会方案,对共面不共轨圆轨道上的交会讨论了霍曼轨道机动、双椭圆轨道机动以及快速机动3种交会方案。在每一种交会策略中均详细分析了交会所需的时间、速度增量以及轨线长度等。最后通过仿真分析了各种交会策略的优劣。     

一种常值推力作用的轨道机动优化设计策略

针对常值推力作用的航天器轨道机动优化设计问题开展研究,推导了航天器三维空间轨道机动动力学模型,对动力学模型各参数进行无量纲化处理以防止计算过程中出现奇异。提出了一种先轨道等待再轨道机动的优化设计策略,航天器先在初始轨道上无动力飞行一段时间进行轨道等待,然后寻找一个最优时刻施加推力再进行轨道机动。该策略将航天器的最优等待时刻和轨道机动过程中的最优控制量作为整体统一进行优化。通过基于分段积分技术的多重直接打靶法将原先复杂的轨迹优化设计问题转化为每个子时间区间的非线性规划问题,采用内点法进行求解。仿真验证了本文优化设计策略的有效性。     

空间飞行器连续径向推力机动轨道研究

在二体假设下对空间飞行器在径向推力作用下的机动轨道进行了研究。首先,在惯性坐标系中建立了空间飞行器在径向推力作用下的动力学方程,探讨了径向推力机动轨道的动量矩矢量和能量特性;然后推出了空间飞行器在径向推力作用下的逃逸条件,探讨了在圆轨道上运行的空间飞行器在连续常值径向推力作用下的三类机动轨道的特性,并给出了相应的算例及仿真计算结果;最后,研究了连续常值径向推力圆轨道,得出了空间飞行器在连续常值径向推力作用下沿圆轨道运行的条件,并与对应的等半径开普勒圆轨道和等角速度（等周期）开普勒圆轨道进行了比较。     

连续推力机动轨道优化设计的贝塞尔曲线法

提出一种基于贝塞尔曲线的平面机动轨道设计方法。该方法将贝塞尔曲线方程与轨道形状方程相结合,利用得到的复合函数作为轨道方程来对机动轨道进行数学描述;通过约束条件获得可行的机动轨道族,由控制点设计给出具体的优化变量,将累积速度增量作为优化指标函数;并利用优化算法完成参数优化,从而得到最优机动轨道。最后针对设计的机动轨道推力峰值较大的问题,进一步提出了分段贝塞尔曲线法,在降低推力峰值的同时,可进一步降低燃料消耗,并在平面机动转移轨道设计的基础上,通过梯度下降对自由控制点进行修正,解决了考虑时间约束的平面轨道交会问题。     

航天器轨道机动的闭环控制精度分析

利用线性协方差分析法对航天器在闭环控制作用下轨道机动的精度问题进行了研究。首先,分析了存在的主要误差,给出了误差影响下航天器轨道机动闭环控制的系统框图。然后建立了开环和闭环控制系统协方差分析的数学模型,并根据轨道方程线性化给出了脉冲速度修正算法。对赤道大椭圆轨道卫星开环和闭环控制下轨道机动的精度问题进行了分析,与Monte Carlo仿真结果与一致,校验了方法的有效性与正确性。     

探月卫星变轨时的姿态控制研究

基于伪速率调制器的原理,提出了利用脉宽调制器替代伪速率调制器 实现姿态控制的方法,并针对于三种不同干扰力矩,对探月飞行器变轨时的姿态 控制加以仿真。仿真结果表明,脉宽调制器在功能上可以代替伪速率调制器。     

中低轨道卫星控制方法

针对中低轨道卫星，对平面内卫星半长轴α、偏心率e和近地点幅角w联合调整，以及平面外轨道倾角调整等进行了理论推导.用α，e，w联合修正法对初始轨道捕获、轨道保持和轨道倾角调整进行的仿真实验结果表明，用α，e，w同时修正可实现高精度的平面内轨道调整。另外，平面外倾角调整应尽可能在近地点和远地点完成，以使对升交点赤经的影响最小。     

基于全模式遗传算法的飞行器最佳变轨策略研究

基于最优控制理论建立的飞行器变轨问题数学模型是一个复杂的两点边值问题，传统方法解决该问题经常存在发散等问题。提出的全模式遗传算法具有简单易行、高效的特点，且不需要方程的导数等信息。算例表明该方法非常适合解决此类飞行器变轨问题。     

空间飞行器大角度机动控制律设计

研究了空间飞行器大角度机动控制问题。为避免欧拉角描述姿态运动存在奇异性的问题，由姿态四元数建立姿态运动方程。针对飞行器姿态运动模型的非线性和不确定性，利用模糊逻辑系统对不确定性函数进行逼近，将获得的模糊函数作为系统不确定性界函数。对模糊逼近所带来的误差以及外部干扰项，采用变结构补偿控制方法，并在线自适应调整参数。理论分析和仿真研究表明此方法具有姿态控制精度高，实时计算量小，便于工程实现等优点。     

动力学补偿受控卫星轨道确定算法(英文)

受控卫星动力学模型中推力加速度的量级远远高于其他摄动的误差量级,观测量主要反映受控卫星动力学模型的误差。本文以跟踪和精确定位空间机动目标为目的,给出基于地面雷达观测,实时估计推力加速度,修正卫星动力学模型的轨道确定算法。通过建立连续推力控制过程变质量动力学模型,给出常推力变加速度满足的运动学微分方程; 建立变加速度估计系统状态方程,和扩展卡尔曼滤波轨道确定算法; 并给出连续推力控制卫星运动状态关于推力加速度的变分运动方程; 实际飞行控制应用表明: 利用地面测量数据,实时估计推力加速度并补偿系统动力学模型,解决了连续受控卫星轨道精确确定问题。     

小推力轨道保持方法

对小推力轨道保持方法进行了研究。用快、慢变量控制器分别控制轨道要素的快慢变量,基于推导的经典轨道要素与2个推力方向角和最佳变轨位置的关系,给出了最优推力方向角的解析表达式。用Lyapunov反馈控制实现卫星轨道机动的轨道转移,并引入相位调整,实现了卫星的站位保持。仿真结果表明:基于Lyapunov的反馈控制可实现小推力轨道的转移和保持。     

Optimal diving maneuver strategy considering guidance accuracy for hypersonic vehicle

An optimal maneuver strategy considering terminal guidance accuracy for hypersonic vehicle in dive phase is investigated in this paper. First, it derives the complete three-dimensional nonlinear coupled motion equation without any approximations based on diving relative motion relationship directly, and converts it into linear decoupled state space equation with the same relative degree by feedback linearization. Second, the diving guidance law is designed based on the decoupled equation to meet the terminal impact point and falling angle constraints. In order to further improve the interception capability, it constructs maneuver control model through adding maneuver control item to the guidance law. Then, an integrated performance index consisting of maximum line-of-sight angle rate and minimum energy consumption is designed, and optimal control is employed to obtain optimal maneuver strategy when the encounter time is determined and undetermined, respectively. Furthermore, the performance index and suboptimal strategy are reconstructed to deal with the control capability constraint and the serous influence on terminal guidance accuracy caused by maneuvering flight. Finally, the approach is tested using the Common Aero Vehicle-H model. Simulation results demonstrate that the proposed strategy can achieve high precision guidance and effective maneuver at the same time, and the indices are also optimized.     

最优非线性控制技术在导弹控制中的研究与应用

首先运用相平面分析方法,推导了相轨迹运动方程,分析了传统控制方 法影响控制精度的主要因素和解决途径;然后运用最优控制理论,结合实际特 性,采用二次型开关线设计控制规律,对时间短和燃料省的混合指标最优控制问 题进行了探讨。仿真结果表明,该设计方法简单、可靠,具有工程实用价值。     

翼伞系统归航的最优控制

阐述了翼伞系统归航轨迹最优控制的建模。在求解过程中采用无量纲化和等数量级的预处理方法 ,提高了计算精度 ,使结果更直观 ,也便于选择加权因子。通过选择合适的加权因子 ,将有终端约束的单目标优化和无终端约束的多目标优化用同一程序求解。分析和总结了在不同初始条件下翼伞系统归航最优控制的特点 ,为工程实际的运用提供了一定的参考