Data-driven model-free adaptive attitude control of partially constrained combined spacecraft with external disturbances and input saturation

This study presents an improved data-driven Model-Free Adaptive Control(MFAC)strategy for attitude stabilization of a partially constrained combined spacecraft with external disturbances and input saturation. First, a novel dynamic linearization data model for the partially constrained combined spacecraft with external disturbances is established. The generalized disturbances composed of external disturbances and dynamic linearization errors are then reconstructed by a Discrete Extended State Observer(DESO). With the dynamic linearization data model and reconstructed information, a DESO-MFAC strategy for the combined spacecraft is proposed based only on input and output data. Next, the input saturation is overcome by introducing an antiwindup compensator. Finally, numerical simulations are carried out to demonstrate the effectiveness and feasibility of the proposed controller when the dynamic properties of the partially constrained combined spacecraft are completely unknown.     

500吨级液氧煤油发动机结构动态特性

为获得我国载人登月运载系统用500吨级液氧煤油发动机结构动态特性,采用有限元方法对发动机整机结构进行了模态计算分析,并对影响结构动态特性的相关因素进行了分析,获得了发动机的模态参数以及优化结构低频特性的有效途径。针对该发动机零部组件多、结构复杂度高的特点,采用子结构有限元模型组装并结合部分组件试验的方式建立了整机结构的有限元仿真模型。计算结果表明,在目前设计状态下,发动机的首阶模态频率约为8.8 Hz。进一步优化表明,通过增大工艺拉杆倾角,可显著提升伺服回路在相应方向上的横向刚度,从而使该方向上的模态频率得到大幅提升。     

100 kWe月面核电站方案研究

随着太空探索活动的深入开展,在月球表面建立有人基地成为必然选择。与常规化学能或太阳能相比,月面核电源具有诸多优点,是月球基地的最佳能源选择之一。本文提出了电功率100 kWe的核反应堆电源系统方案,给出了该方案的关键系统参数。针对反应堆模块,展开方案选型、参数优化、常规物理参数分析、初步热工分析和特种临界安全分析等工作。计算结果显示:燃料包壳温度小于使用限值,掉落事故工况下有效增值因数均小于0.98。该设计方案满足各项技术指标和设计准则。     

LEO-LEO微波掩星探测温度和水汽廓线研究进展

低地球轨道卫星间(LEO-LEO)微波掩星探测技术利用水汽吸收线附近信号,通过测量信号的折射和吸收作用,能够在没有辅助背景信息的情况下独立反演温度和水汽廓线,从而克服GNSS-LEO无线电掩星技术在大气中低对流层存在的"温度–水汽模糊"问题.目前,国内外还没有实现在轨的LEO-LEO掩星探测.为了促进我国LEO-LEO...     

基于高斯过程回归的组合体航天器姿态接管学习控制

空间非合作目标一般具有结构复杂、质量特性未知、姿态机动能力不明等特点,这导致组合体航天器姿态动力学呈现出高度非线性和强耦合特性,且难以对其进行在轨精确辨识。针对组合体航天器姿态接管过程中目标信息不完全、精确辨识困难等问题,本文考虑目标存在姿态机动能力的任务场景,提出了一种基于稀疏高斯过程回归(GPR)的数据驱动姿态接管控制策略。首先,从系统运行数据中提取、凝炼模型未知部分的输入/输出映射关系,构建数据驱动的概率化模型以代替无法快速准确建立的参数辨识模型,并根据该数据驱动模型设计变增益反馈控制策略,证明了系统状态概率意义上的Lyapunov稳定性和有界性;其次,考虑到在轨任务的实时性、星载计算机的计算资源有限等因素,该算法可在保证控制精度的同时显著减轻学习算法的计算压力;最后,数值仿真验证了本文所提出控制方法的有效性与实用价值。     

基于ResNet的智能恒虚警目标检测方法

传统恒虚警检测方法通常假设待测单元的杂波与训练杂波满足独立同分布,然而在实际雷达工作环境中,强杂波呈现出非均匀特性,沿距离单元的杂波统计特性差异变化较大,使得传统恒虚警目标检测方法在复杂环境下的检测性能下降。为解决该问题,本文从杂波统计特征提取分类出发,通过深度学习方法对杂波进行分类,提出了一种基于残差神经网络(ResNet)的智能恒虚警目标检测方法。首先,根据雷达实测杂波数据建立ResNet的训练集和测试集;其次,构建ResNet对数据进行智能特征提取,得到杂波的统计特征,并用训练好的网络对测试集进行测试;最后,以阈值可设的Softmax分类器对所得统计特征进行分类,根据分类结果实现智能恒虚警目标检测。实验结果表明:相比传统恒虚警检测方法,本文提出的方法具有自适应能力更强、检测性能更好等优点。     

采用MBD技术的液体火箭发动机三维模型设计

采用MBD(Model Based Definition)技术,以Pro/E和Intralink为协同设计平台,首次实现了液体火箭发动机的全三维数字化模型设计。通过将设计、工艺、材料和制造等相关信息包含在三维模型中,并将三维模型电子分发下厂,实现了用MBD模型完全取代传统研制模式中的二维图纸;同时基于MBD模型实现了三维仿真和装配过程分析,减少了方案反复。结果表明采用MBD技术的三维模型设计可显著提高产品研制效率,并为三维数字化制造奠定了坚实基础。     

捷联惯组空间八点减振IMU组合设计CSCD

为了研究捷联惯组空间八点减振IMU组合的力学性能及其在抑制线角耦合方面的作用,采用NX三维建模及ANSYS仿真分析工具对IMU组合的刚度、减振器的线角频率、减振性能方面进行了充分的理论验证。同时,推导出平衡机的调平原理,通过调平使IMU弹性中心与质心重合,然后对惯组进行振动试验,观察其减振性能及三向陀螺角速度输出值。结果表明,经理论分析该IMU组合模态为875.7Hz,具备足够的刚度;减振器线角频率差值在50Hz以上,具有较高的离散度。经试验验证,该IMU组合调平小于0.1mm时,减振效率不低于42%,三向陀螺角速度输出不大于11(°)/s,具有较好的力学环境适应性与极高的角速度输出特性。     

磁悬浮飞轮储能用永磁偏置磁轴承设计

为了降低飞轮储能系统的磁轴承损耗,设计了一种永磁偏置磁轴承,分析了该永磁偏置磁轴承的工作原理并建立了数学模型,在此基础上对永磁偏置磁轴承进行了参数设计和仿真验证。通过飞轮储能系统试验,验证了该永磁偏置磁轴承设计的合理性。与纯电磁轴承相比,永磁偏置磁轴承显著降低了磁轴承功耗,为飞轮储能系统的长期稳定运行提供了基础。     

基于模糊神经网络干扰观测器的组合体航天器姿态控制

针对非合作目标存在对抗性力矩输出情况下的组合体航天器姿态控制系统,提出了一种基于模糊神经网络干扰观测器(Fuzzy Neural Network Disturbance Observer, FNNDO)的非奇异终端滑模(Nonsingular Terminal Sliding Mode, NTSM)有限时间控制策略。首先以服务航天器为基准,建立组合体航天器姿态数学模型,然后针对包含惯量不确定性、目标对抗性力矩等的等效干扰力矩,设计了一种具有自适应能力的FNNDO,可以实现对等效干扰的有效跟踪。在FNNDO的基础上,设计NTSM控制器,利用Lyapunov理论证明闭环系统的有限时间稳定性。最后,仿真实验结果表明了控制策略的有效性和观测器在观测性能上的优越性。