天基精密跟瞄Stewart平台及其关键技术

天基精密跟瞄Stewart平台对星栽精密光学设备的高品质应用有着重要意义.本文在对国内外天基精密跟瞄Stewart平台分类的基础上,对其应用背景、性能特点及发展状况进行了研究.此外还归纳并总结了包括作动器技术、传感器技术、构型设计技术、控制技术及在轨降级使用技术在内的天基精密跟瞄Stewart平台一系列关键技术.最后,针对未来高性能星载光学传感器技术发展与应用的需求,探讨了我国在天基精密跟瞄Stewart平台领域可进一步开展的研究内容.     

惯性平台结构系统振动特性的实验分析与控制

应用动态测振实验和分析方法，针对某型号平台系统在生产和调试过程中出现的动、静态测试参数不一致的问题进行了分析。通过对平台结构系统进行振动测试实验，找出了平台结构系统的动态谐振点，结合平台回路系统和控制系统提出了简单有效的控制方法并进行了实验验证。     

基于图像的高精度实时光学稳像控制系统

针对空间CCD相机由于平台振动造成的成像模糊问题,研制了一套光学稳像控制系统。利用高速CCD帧频高特点,结合基于图像的像移测量原理,设计了像移补偿闭环控制算法,实现了光轴的稳定控制,从而实现了相机稳定成像,提高图像清晰度。实验结果表明稳像控制系统动静态性能稳定,在一定带宽范围内有效减小甚至消除了平台振动对相机成像品质的影响。     

基于输出反馈H_∞控制的跟瞄平台稳定控制研究

不考虑光电跟瞄平台环架之间的耦合,建立了外界干扰作用下,环架运动的状态空间模型;基于线性矩阵不等式(LMI)对光电跟瞄平台的方位、俯仰及横滚环,分别设计了输出反馈H_∞稳定控制器。仿真结果表明,该控制器能够实现对光电跟瞄平台的稳定控制,且在模型参数存在摄动和含有多种干扰的情况下,几乎不影响其控制效果,具有良好的鲁棒性及抗干扰能力,满足光电跟瞄平台稳定控制需要。     

模糊控制在光电跟瞄平台稳定控制中的应用

机载光电跟瞄系统是一个复杂的角位置随动系统,其精确模型不易建立。利用模糊控制不要求精确模型的特点,以跟瞄平台俯仰回路的稳定控制为例,设计了基本模糊控制器和自组织模糊控制器。仿真研究表明,在模型参数摄动又有多种干扰作用时,两种控制器都能进行有效地控制,特别是自组织模糊控制的稳态误差更小,计算速度更快。     

空气弹簧支撑的Hexapod微激振平台自动调平研究

Hexapod微激振平台具有负载重量大和振动量级小的特点,为了实现精确卸载、作动器小量级精密控制,研制了基于空气弹簧支撑的Hexapod微激振平台。该平台包括负责工作状态承载的4点梯形分布的空气弹簧柔性支撑和负责非工作状态承载的3点刚性辅助支撑两部分。针对该平台自动调平控制的两大问题:即柔性支撑与刚性支撑之间存在的力耦合以及气路控制中存在的非线性和时延性,提出了连续充气和脉冲充气相结合的开关控制策略。为验证自动调平控制的可行性,在负载重量约为200 kg的Hexapod微激振平台上进行试验,结果表明,平台可在140 s内实现自动调平,且6个作动腿位移误差不超过1 mm。     

基于液晶偏转系统的卫星平台振动补偿方法研究

针对卫星平台振动严重影响空间光通信跟瞄精度的问题,提出了基于液晶偏转控制系统的扰动补偿方案。建立了液晶偏转控制系统的数学模型,为了提高收敛速度,设计了基于后验估计误差RLS格型滤波算法的自适应控制器。引入了变阶算法,不但实现了快速、高精度的扰动补偿,而且在没有增加计算量的情况下,消除了高定阶RLS自适应算法中大的暂态响应,改善了控制系统性能。实验结果表明补偿后的扰动残差在10-6rad量级,验证了该控制方案的有效性和可行性。     

拦截器姿态控制系统的滑动模态设计法

拦截器姿态控制系统是一个非线性控制系统。系统的技术要求比较高，除了动静态性外，还要有较强的鲁棒性，这就对系统的设计带来较大的困难。本文介绍一种以时间最佳和变结构理论中滑动模态为基础的设计法。它的特点是设计方法简单，考虑非线性因素方便，系统除具有良好的动静态性能外，还具有很强的鲁棒性。文中介绍了基本设计原理，拦截器姿态控制系统的设计方法和仿真结果。     

高精度非接触磁浮机构设计及其输出特性测试研究

为验证"双超"卫星地面试验系统与地面验证方案的合理性、可行性,针对"双超"卫星平台的核心部件非接触磁浮机构,提出了一种非接触磁浮机构磁钢匀强磁场、激励线圈拓扑结构及高精度程控精密功率放大器的多参数综合优化设计与测试方法。首先,通过选择适宜的磁钢材料和设计磁钢结构尺寸参数实现非接触磁浮机构磁钢磁场的均匀性;其次,通过激励线圈参数优化可降低输出力的波动;再次,通过驱动电路的优化设计可提升程控精密功率放大器的输出电流精度;最后,通过非接触磁浮机构的输出特性测试,验证了设计方法的有效性。该方法将"双超"平台的需求分解成磁浮机构各部分的设计指标,简化明确了设计思路,方案通过验证为下一步"双超"平台原理样机的设计及未来"双超"平台的工程应用提供了技术支撑。     

航天飞机精密指向平台系统

航天飞机精密指向平台,是磁悬浮角动量轮和稳定平台控制技术相结合的新型部件,亦称环状悬浮和指向系统(ASPS).该系统由两部分组成,一部分是安装在航天飞机上的双框架机构,提供粗级指向控制;另一部分是磁悬浮微动指向和隔离装置,该组合件安装在双框架机构的内框上,提供精密指向控制.磁悬浮组合件中,利用角动量环控制装置(AMCD)作为三轴控制部件,试验负载安装平台与环固连,以实现精密指向控制和隔离载体扰动.根据地面仿真试验结果,该装置的指向误差不超过0.1角秒. 本文综述了国外有关文献内容,简略介绍该装置的工作原理、结构配置、控制技术以及磁执行机构的设计方法,并简要阐述了该多体控制系统的动态模型建立方法.     

基于自适应谐波消除的Hexapod平台微振动激励控制

针对空间微振动环境模拟的需求,以Hexapod平台为对象,进行正弦振动激励控制的研究。当Hexapod平台工作在共振频段时,其输出的振动信号中因含有谐波成分而产生了显著的控制误差。为此,提出了一种自适应谐波消除算法。该算法以LMS滤波器为基础,将与谐波同频率的正弦信号和余弦信号作为滤波器的基底信号,将平台实际的输出响应作为滤波器的误差信号,以此实现谐波分量的自适应消除。将基于该算法的控制回路引入传统的控制器,进行了共振频段的单输入单输出和多输入多输出的微振动激励试验,结果表明,该算法可有效地消除谐波失真,大幅提高了Hexapod平台在共振频段的控制精度。     

飞行器再入姿态双环滑模控制及其逻辑选择

应用滑模控制设计了一种飞行器再入姿态控制方法,这个控制器应用两环的滑模控制方案,可以获得对角速度及角度的同时跟踪并具有较好的鲁棒性和解耦性能。针对飞行器再入姿态的动力面与反作用混合控制的特点,运用优化控制选择配置算法把控制力矩指令配置为末端受动器的控制指令,分别由动力面与反作用致动器执行。再入姿态仿真验证了该方法的精度、鲁棒性以及解耦的跟踪性能及有效性。     

航天器超静平台作动器发展及其关键技术综述

星载有效载荷的灵敏度和有关性能指标的提高对航天器控制系统的精度和稳定度提出越来越高的要求.具有隔振、抑振及精确指向功能的航天器超静平台得到广泛关注.超静平台作动器作为实现平台功能的核心执行部件,其质量优劣决定了平台的性能、可靠性和使用寿命.文章综述国内外不同种类超静平台作动器的性能特点、应用背景及技术发展概况,归纳总结...     

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明：基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。     

单轴速率三轴位置惯性测试转台误差及传递分析

阐述了单轴速率三轴位置惯性测试转台系统误差的种类,诸如安装面与轴线平行度、位置精度和回转精度等,主要来源于安装工艺、控制系统精度、测角系统精度以及机械磨损等因素,不可避免地存在于转台系统中。由此产生了综合性的指向误差并对测试数据造成影响,文章根据飞行仿真转台的指向误差公式推导出了适合本实验用惯性测试转台的误差计算公式。依据实际的测试流程计算出各轴的指向误差,得出标度因数、阈值、分辨率等参数测试时,指向误差使得被测参数偏小;而对于交叉耦合参数,造成被测参数偏大,在对高精度陀螺组合测试时应予以估计和补偿。     

RLV再入姿态双环滑模控制及舵喷混合配置

设计了一种基于滑模控制的可重复运载器（RLV）再入姿态控制方法。用内外两环滑模控制同时跟踪对角速度和角度;根据RLV再入姿态的动力面与反作用混合控制的特点,用优化控制选择配置算法将控制力矩指令配置为末端受动器的控制指令,分别由动力面与反作用致动器执行。仿真结果表明：由该法可获得高精度、鲁棒性和解耦的跟踪性能。     

基于自抗扰技术的挠性航天器高精度指向控制

针对存在外部干扰和模型不确定性的挠性航天器,提出了一类新颖的基于自抗扰技术的控制方案,实现无姿态角速度反馈的航天器对目标高精度姿态指向控制。对目标相对姿态指向控制系统进行建模,引入一光滑连续秦函数,构造三阶扩张观测器,观测系统姿态角速度和总扰动,并利用其实现动态补偿线性化及扰动抑制。针对单框架控制力矩陀螺群作为执行机构常存在的奇异,引入零空间空转指令设计了一类奇异避免操纵律。将控制系统方案用于某挠性航天器模型,仿真结果验证了方案的有效性、合理性。     

基于OPTIMUS的临近空间飞行器再入轨迹优化设计

针对临近空间飞行器再入飞行受到热流率、动压和过载等多约束情况下的轨迹优化问题,提出了基于OPTIMUS优化软件平台搜索初值的编程求解方案。首先根据再入飞行动力学原理建立数学模型,并合理简化,应用最优控制理论设计滚转角控制律;然后利用OPTIMUS软件平台搭建系统工作流程,进行试验设计并建立响应面模型,通过平台集成的优化算法寻找初值;最后结合不同优化算法的优点,基于遗传算法加模式搜索法编写程序求解轨迹。结果表明,基于OPTIMUS分析所设计的轨迹优化方案,可以快速确定较为准确的初值,计算效率显著提高,且能够保证较高精度。