航天器集群控制与规划算法仿真验证平台设计

航天器集群作为一种新兴的多航天器协同模式,已经成为分布式空间系统的一个重要研究课题。很多关于航天器集群的关键技术需要在地面进行仿真、分析和验证。针对上述需求,设计了一种仿真验证平台,在地面实现了对航天器智能集群导航、规划与控制算法的全物理分析和验证。首先,给出了仿真验证平台的几种位姿识别方案,重点分析了一种基于单目相机的全局位姿识别技术,提出了一种基于气浮技术的航天器集群控制与规划算法仿真验证平台的总体设计方案,并定义了集群的运动场行为函数,设计了基于滑模控制的路径规划算法。最后,通过仿真验证了本方法的可行性和有效性。     

基于气浮台的微小卫星姿态控制实时仿真

针对某在研卫星项目任务需求,以单轴气浮台为仿真平台,对单刚体微小卫星的姿态控制问题进行了气浮台实时仿真研究.介绍了微小卫星仿真气浮台系统的硬件组成,论述了仿真系统软件实现的机制,分析了姿态控制系统的基本原理.根据任务要求,对微小卫星三轴正常姿态稳定控制,大角度机动姿态控制模式进行了仿真实验.实验结果表明姿态控制系统的控制精度能够满足任务要求,从而验证了姿态控制系统方案的正确性和可行性.     

倾斜气浮台姿态控制系统设计及其全物理仿真试验方法

单轴气浮台是卫星单通道全物理仿真实验的关键设备,其通常的姿态动力学控制研究,都是在假设其转轴是绝对垂直的条件下进行的,而实际上其转轴有一定的倾斜角并引起重力矩,对气浮台转动产生长周期作用从而影响到系统控制精度。因此,本文建立了相应的数学模型对其进行了动力学分析,并对这些重力作用进行了反馈补偿和设计了该气浮台的姿态控制系统。在此基础上进行了全物理仿真试验。     

采用MSCMG群的卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验验证

针对新型惯性执行机构磁悬浮控制力矩陀螺(Magnetically suspended control moment gyro, MSCMG),基于金字塔构型开展卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验研究,以验证MSCMG的姿态控制性能。首先基于MSCMG搭建卫星平台控制地面试验系统,建立数学模型;接着针对气浮台外界扰动抑制及大角度敏捷机动控制问题,基于变参数滑模控制设计姿态控制算法,采用鲁棒伪逆方法进行MSCMG群框架角速度分配;并针对MSCMG的特性对框架角速度和角加速度进行了限幅,开展闭环控制试验研究。试验结果表明,采用MSCMG进行气浮台姿态稳定控制实验,可以实现姿态稳定度优于5×10^-4(°)/s,且在实现30°/15 s的机动指标时,MSCMG框架角速度具有良好的跟踪性能,且磁悬浮转子在输出大力矩时仍然保持稳定悬浮,具有较强的鲁棒性。通过地面闭环试验验证了MSCMG作为姿控执行机构的优异性能,为其未来进一步应用研究奠定基础。     

基于解耦三轴气浮台非线性模糊变结构的鲁棒控制

根据三轴气浮台非线性动力学模型,研究了一种基于解耦的模糊变结构控制方法。设计的控制器不仅避免了一般变结构控制中的抖振,而且具有实现简单、工程化容易的优点。仿真结果表明,该模糊变结构控制法对模型的不确定性和外来干扰有较佳的跟踪性能,其鲁棒性较优。     

五自由度气浮仿真试验台的动力学建模

五自由度气浮仿真试验台是在地面模拟微小卫星空间运动的一种重要仿真设备。通过分 析试验台的系统结构,定义世界系、轨道系及本体系三个坐标系,建立了其所模拟微小卫星 空间运动的一般情况下轨道动力学和姿态动力学模型,最后根据试验台目前执行机构为冷气 推进装置的实际工作情况导出了试验台状态方程,为下一步试验台模拟微小卫星的自治飞行 提供了理论基础。
     

基于三轴气浮台的微波成像仪干扰力矩测量方法研究

对一种基于三轴气浮台的微波成像仪干扰力矩测量方法进行了研究。用三轴气浮台实现微波成像仪的静不平衡量、动不平衡量的测量和现场整机配平,经在轨飞行验证,卫星姿态稳定度有大幅提高,方法有效、可行。     

静压气浮轴系回转精度测量方法研究

在对静压气浮轴承工作原理和气浮轴系回转精度分析的基础上,提出了适合空间翻转运动静压气浮轴系回转精度的测量方法,设计了测量装置并开发了测量软件,进行了测量结果的不确定度分析,最后完成了具有空间翻转运动静压气浮轴系的回转精度测量。实验结果表明,静压气浮轴系回转精度测量方法简单可行,测量结果准确,稳定性好,能够满足空间翻转运动条件下的静压气浮轴系回转精度测量要求。     

三轴气浮台自动调节平衡和干扰力矩测试

三轴气浮台是在地面模拟卫星姿态运动的支撑平台. 为有效进行卫星地面模拟仿真, 模拟卫星在外层空间的小干扰力矩力学环境, 首先分析气浮台扰动力矩, 针对重心相对于回转中心存在漂移时产生静态不平衡, 及主惯性轴相对于回转轴存在漂移时会产生动态不平衡的问题, 采用先手动平衡再自动平衡的方法, 调节气浮台平衡; 然后给出三自由度气浮台自动平衡动力学方程, 在平衡调整基础上, 用有效的测试手段测试气浮台的台体水平度、静不平衡力矩、干扰力矩等, 为小卫星姿态控制系统的仿真提供一个有效的、精确的实验平台.      

空间机器人气浮式物理仿真系统有效性研究

针对典型的空间机器人气浮式物理仿真系统,根据实际系统具有的姿态稳定、相对逼近、空间机器人系统协调运动、抓取和释放等工作模式,从基本动力学原理和两系统中分别实际存在的扰动两个层次上,分析了仿真系统对实际系统模拟的有效性,总结了对仿真结果有效性影响最为严重的干扰因素,分析结果为此类仿真系统的有效性检验提供了一种思路和方法.