基于误差空间的航天器姿态反步容错控制

提出了一种基于误差空间的航天器姿态反步容错控制方法,以反作用飞轮作为航天器的执行器,在考虑反作用飞轮存在安装偏差及故障的情况下,仍可保证航天器姿态的稳定性。首先,基于Lyapunov稳定性原理,根据系统机械能变化构造了具有普遍性的Lyapunov方程。通过反步递推方法,得到了适用于航天器存在执行器偏差及故障情况的普遍性的容错控制方法;然后,通过误差空间拓扑所得的误差函数描述了势能误差。从几何层面上看,这是描述势能误差的最短路径选择,从而得到了基于误差空间的反步容错控制方法。因此,在对航天器进行姿态控制时,该方法可以迅速调整增益,使得系统姿态误差迅速收敛至零,从而有效减少系统响应时间;最终,通过对考虑执行器偏差及故障情况的航天器姿态控制系统使用不同的控制方法进行数值仿真,验证了该方法能够在执行器故障情况下依然保持系统姿态的稳定,且具备良好的响应速度。     

导弹弹性振动在线辨识及自适应抑制

新一代导弹具有大空域宽速域等特点,飞行环境的剧烈变化及自身长细比结构特性,导致导弹的弹性振动模态参数变化范围大,传统的固定参数陷波滤波器难以适应这种剧烈的参数变化。本文提出了一种自适应弹性振动抑制算法,首先通过调制滑动傅里叶变换算法对速率陀螺的输出信号进行时频分析,实时辨识出各阶弹性振动信号的频率和幅值,并根据辨识结果设计了一种陷波滤波器参数在线整定方法,从而保证陷波滤波器能快速准确滤除弹性振动信号。仿真实验结果表明,该算法能够快速有效地辨识出弹性振动信号,并且对于频率突变和频率线性变化的非平稳信号也有较好的适应能力,能够满足实际工程需求。     

基于预设性能控制的超紧密航天器编队防避撞协同控制

研究了考虑具有外界干扰和防避撞约束的近地轨道超紧密航天器构型控制问题,将反步控制技术、预设性能控制相结合,提出了一种基于预设性能鲁棒控制的六自由度编队协同鲁棒控制方法。首先,给出了近地轨道完整的编队航天器相对位置和相对姿态非线性动力学方程,并根据状态约束条件转换了相对位置动力学模型。其次,设计了预设性能函数,通过误差转换,建立系统等效误差模型,基于反步法设计了预设性能鲁棒控制器,进一步应用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的一致最终有界性。最后在MATLAB/Simulink平台上进行了仿真验证,结果表明了方法的有效性。     

单轴旋转捷联惯导系统回溯式对准方法

针对单轴旋转捷联惯导系统快速高精度对准的要求,设计了一种压缩和存储少量数据的回溯式对准方法。首先进行实时的惯性系双矢量定姿粗对准获得初始时刻的姿态矩阵,同时每秒抽取和存储关键数据;待粗对准结束后,利用初始姿态和存储数据进行回溯卡尔曼滤波精对准,并对惯性测量组件和转位机构之间的安装杆臂进行在线估计。仿真结果验证了算法的有效性。     

载人深空探测被动屏蔽优化仿真研究

深空环境下高能银河宇宙射线与防护材料间产生了复杂多样的次级粒子,使得航天员辐射损伤效应和防护问题突出。运用Geant4蒙特卡罗仿真工具,计算了1000 MeV·n~(-1)的铁离子与铝或聚乙烯相互作用后,产生次级碎片粒子分布规律;分析了银河宇宙射线经过不同材料屏蔽体后,其碎片及次级中子对人体剂量当量的贡献随屏蔽厚度变化规律;依据该规律优化设计质量密度为20 g/cm~2聚乙烯掺杂比为15%硼的复合材料,得到的仿真设计复合材料成分比例可为载人航天被动屏蔽材料制备提供依据。     

一种半球谐振陀螺谐振子动力学建模方法

准确完备的半球谐振陀螺（HRG）谐振子动力学模型是陀螺误差分析的基础。为建立半球壳谐振子动力学模型,基于弹性力学薄壳理论,提出了一种谐振子动力学建模方法。首先,在薄壳的弹性力学几何方程基础上,推导了半球壳谐振子的变形几何方程。其次,在提高受力分析计算精度的基础上,推导了半球壳谐振子的物理方程。然后,分析了谐振子中面的受力平衡关系,推导了谐振子的平衡微分方程。最后,基于以上对整个谐振子的动力学分析,建立了谐振子动力学方程。根据谐振子的不同外载荷形式,利用布勃诺夫-伽辽金法求解得到谐振子2阶谐振状态动力学模型,并得到了谐振子比例系数和2阶谐振频率的表达式。通过对比验证可以看出,参数计算值与实测数据结果一致,证明了所建立的动力学模型的准确性。     

车载高精度里程计辅助捷联惯性组合导航系统设计与实验

GPS导航系统虽然精度高、成本低,但易受到工作环境的限制。针对特殊应用环境(如煤矿)提出了一种可工作于复杂环境下的高精度里程计组合导航系统。经过分析、仿真、实验验证,结果表明在无GNSS信号的情况下,所设计的里程计组合导航系统可完成长时间(>1h)、长距离(300m)且高精度(相对误差仅为0.526%)的导航。     

一种高精度MEMS陀螺仪g值敏感系数误差的标定方法

针对高精度MEMS陀螺仪存在g值敏感系数误差的问题,设计了一种基于16位置的g值敏感系数标定方法,并建立了相应的误差模型。实验表明,该方法能够有效地减少MEMS陀螺仪因加速度所引起的g值敏感系数误差,在经过误差补偿之后能够较好地表征出地球自转角速率,提高了MEMS陀螺仪在动态情况下的测量精度和性能,具有较好的参考和研究意义。