刚体卫星相平面控制闭环系统稳定性分析

摘要： 针对航天器姿态控制系统相平面控制的稳定性分析这一难题,本文提出一种简化相平面控制律,并选取刚体卫星作为被控对象,研究闭环控制系统的稳定性.利用相平面分析方法对闭环系统轨线进行定量估计,证明闭环控制系统存在特定的稳态区域,并给出该稳态区域的计算公式.采用相平面分析方法定量估计闭环系统轨线的思想,证明当控制律参数满足适当条件时,从任意初值状态出发的闭环控制系统轨线都可以在有限时间内到达稳态区域,并且一直保持在稳态区域中,从而证明闭环控制系统的全局一致最终有界性.推导出闭环控制系统的轨线从初值状态到达稳态区域所用时间的估算公式.仿真验证了结果的有效性.     

一种在轨卫星控制分系统风险等级预测方法

使用2009至2020年某卫星控制分系统质量案例数据,提出一种基于BP神经网络的在轨卫星控制分系统技术风险等级预测模型。挖掘历史相关数据,建立在轨卫星控制分系统风险评价体系。排除风险源中的冗余信息,将重要信息数据离散化后,以BP神经网络进行训练,最终得到在轨卫星控制分系统风险等级预测模型。通过试验验证该模型可准确有效预测在轨卫星控制分系统风险等级,为卫星在轨风险控制提供支持。     

半直接配点法在航天器追逃问题求解中的应用

采用半直接配点法求解时间固定两航天器追逃问题,提出一种新的数值求解追逃双方最优控制策略的方式,避免了求解非线性两点边值问题。在两航天器均为连续小推力假设条件下,以终端距离为支付函数,给出了半直接配点法求解此追逃问题的过程。在此数值方法中,根据半直接转换将微分对策问题转化为一个最优控制问题,由Gauss-Lobbato配点法最终将此最优问题转化为非线性规划问题,继而通过序列二次规划方法求解。这种半直接配点法避免微分对策问题最优策略的必要条件(两点边值问题)求解,并且数值稳定性好。数值仿真给出了追逃双发的最优控制策略和相应的追逃轨迹。     

三轴气浮台挠性航天器动力学模拟方法研究

本文研究利用气浮台上的动量轮执行机构,模拟卫星上挠性附件振动产生的干扰力矩的卫星物理仿真实验方法,以克服三轴气浮台不能直接安装挠性附件进行仿真的局限性.本实验方法通过设计一个跟踪控制器,令气浮台的姿态角速度跟踪挠性卫星参考动力学,并由动量轮产生控制力矩,该力矩即是实验模拟的挠性振动干扰力矩.理论和仿真研究表明:(1)本文提出的挠性干扰力矩模拟方法可以较好地模拟低阶挠性振动干扰力矩;(2)理论上当控制器的增益参数越大,系统能够模拟的干扰力矩频率就越大,但是由于测量噪声的影响,反馈增益不能选得过大;(3)本方法模拟的干扰力矩与真实干扰力矩存在一定的相位延迟,这是由于控制器和执行机构的固有延迟造成的.通过引入超前-滞后校正网络可以有效减小延迟的影响.     

基于改进Gauss伪谱法的探月返回器跳跃式再入轨迹优化设计

基于改进的Gauss伪谱法,研究了探月返回器跳跃式再入轨迹优化设计问题.首先给出了探月返回器再入轨迹优化问题的三维模型.然后针对探月返回器配平攻角飞行的特点,考虑到实际倾侧角反转机动不可能瞬时完成,对单一控制变量倾侧角的变化范围进行合理限制,并以总吸热量为性能指标,设计了满足过载和驻点热流约束的小升力体大航程跳跃式再入轨迹.最后基于该优化算法,将返回器在各相同初始条件下发生跳跃和不发生跳跃时的最大航程进行比较,并求解得到在不同升阻比和存在不同程度大气密度偏差时不发生跳跃的再入轨迹最大航程和过载峰值,以分析跳跃式轨迹在扩大小升力体再入航程方面的优势.     

一种导电塑料膜电位器辐照试验研究

导电塑料膜电位器是一种空间应用较为广泛的测角装置,但国内空间应用经验较少。尤其是针对其空间耐辐照特性还没有开展过相关试验研究,这是该种电位器能否用于空间长寿命机构中的核心问题之一。文章给出了针对电位器进行辐照试验的试验方法和原理,并对电位器辐照前后的性能进行了对比。试验结果表明该电位器的辐照性能满足型号需求,为其后续应用于空间长寿命机构提供了参考。     

基于深度神经网络的航天器姿态控制系统故障诊断与容错控制研究

针对传统航天姿控系统故障诊断与容错控制诊断精度及控制分配效率较低的问题,提出了一种基于深度神经网络的航天器姿态控制系统故障诊断与容错控制方法。以控制力矩陀螺为执行机构的航天器发生执行机构故障工况时,所提出的方法可保证鲁棒的姿态控制。首先,利用三个异构深度神经网络实现传统容错控制器的故障诊断、姿态控制和力矩分配等功能,建立了全神经网络的智能自适应容错控制器架构。然后,对三个神经网络的网络层数、神经元数目和激活函数等参数进行优化调整,对比分析了神经网络参数对控制器性能的影响。最后,对所提出的新型控制器在控制力矩陀螺发生故障时的控制精度和鲁棒性进行了仿真验证。仿真结果表明,对于具有冗余控制力矩陀螺的航天器,提出的方法不仅能在单一陀螺故障下实现高精度的容错控制,也能在发生多陀螺故障时保证一定的姿态稳定控制。     

可变构型的控制力矩陀螺控制方法

针对固定构型的控制力矩陀螺群无法灵活改变其合成角动量包络以适应卫星不同工况的姿态机动需求问题,设计了一种可变构型的控制力矩陀螺群控制方法。建立了可变构型的控制力矩陀螺群的动力学模型;在考虑控制力矩陀螺群框架角速度、高速转子转速以及构型倾角变化速率等多变量下,设计了可变构型的控制力矩陀螺群的操纵律;分析了构型倾角固定和构型倾角可变情形下的控制力矩陀螺群合成角动量包络和奇异状态分布情况。采用可变构型的控制力矩陀螺群进行了卫星多工况姿态敏捷机动控制。数学仿真校验表明,可变构型的控制力矩陀螺控制方法能够实现金字塔构型下不同数目的控制力矩陀螺故障时的卫星三轴敏捷机动控制。     

纳型卫星编队飞行技术现状及发展趋势

对纳型卫星编队飞行进行了较全面综述,包括编队飞行、特点与现状以及空间飞行试验。根据空间市场预测,未来纳型卫星年发射量将占全球卫星总发射量1/3以上。文章据此论述了15个典型的纳型卫星编队飞行应用实例,总结了纳型卫星编队飞行的最新应用特点和发展方向,对我国发展纳型卫星编队飞行具有借鉴意义。     

空间光谱干涉仪在轨超静超稳平台的设计与地面验证

为了解决星上微振动引起的空间摆臂式傅里叶干涉仪（下文简称干涉仪）运动速度稳定度下降的问题,分析了干涉仪在轨减振任务的特点,提出了同时采用低刚度隔振与高灵敏度阻尼抑振的一体化设计方法,实现了干涉仪超静超稳平台的系统设计。平台采用被动隔振技术隔离卫星中、高频的机械振动,实现干涉仪在轨的“静”,采用电磁阻尼技术消除隔振过程引入的低频共振和晃动,保证干涉仪在轨的“稳”。地面微振动试验中,平台引入后,干涉仪安装位置加速度响应满足微振动环境要求,干涉仪性能稳定,载荷工作正常。