微纳卫星新型动力系统研究进展

微纳卫星指采用现代技术、微电子技术、机械技术等设计制造的具有高性价比的现代微小卫星。因其具有发射成本低廉、应用灵活等特点,微纳卫星受到各国的广泛关注。微纳卫星动力系统具有良好的发展前景。本文综述了微纳卫星动力系统的发展现状,针对自中和射频离子推力器、离子液体推力器、碳纳米管阵列推力器、石墨烯材料光驱动等几种新型且有望用于微纳卫星推进的方案,简要说明其工作原理,并分析其核心技术以及性能优势。给出了发展建议:提升总冲、功耗、调节精度等参数是微纳卫星动力系统未来主要的发展方向;研发工作中需要重点关注结构工艺、离子束流中和等关键技术。     

柔性多体卫星自抗扰控制系统的研究

设计了一种新型的姿态控制器一姿态自抗扰控制器。采用简化了的刚体动力学模型，即把柔性太阳帆板与柔性天线等的振动都看作外干扰，对象的不确定性、未建模动态与外干扰的总量都由自抗扰控制器估计出，再用该估计总量实现动态反馈补偿。该姿态控制器，只需控制输入转换矩阵的估计值，无需精确的卫星动力学模型。改变星体转动惯量或设置干扰力矩情况下的数学仿真表明，所设计的自抗扰控制器具有较小的稳态误差、较快的动态响应及对干扰有较强的抑制能力。     

基于不对称再入体的移动质心滚动控制方法

主要研究不对称再入体的移动质心滚动控制方法。采用移动质心控制方法可不改变再入体原有的气动外形,具有抗烧蚀、无侧喷扰流等优点。本文首先建立了移动质心系统的动力学模型和滚动控制模型;然后根据移动质心滚动控制通道具有的非线性、耦合性及时变性等特点设计了自抗扰控制器;最后,通过六自由度数学仿真验证了移动质心滚动控制方案的可行性,并对移动质量块的受力情况进行了分析。     

内压缩波系对高超声速进气道自起动性能影响研究

为了探究进气道肩部膨胀扇以及不同压缩方式对进气道自起动性能的影响,结合具体的进气道构型,针对不同的压缩角、边界层厚度开展了马赫数4.0级的风洞试验研究。结果表明:在不起动分离区同侧的膨胀扇会对当地气流加速,降低局部压强,进而对压缩激波较强时的进气道自起动过程有明显改善。而唇罩分级压缩对二元进气道的自起动能力也有提高效果。此外,对比侧压模型与顶压模型的试验结果发现,边界层厚度对侧压模型自起动性能的影响趋势与顶压式存在明显的差异。与此同时,当自起动受限于几何喉道的进气道构型,压缩方式对进气道自起动性能的影响不明显,但是对于由压缩激波-边界层干扰诱导分离区形成的气动喉道决定能否起动的进气道,侧压方式有利于提高进气道的自起动性能。     

小型空间飞行器通用化遥测系统设计与实现

针对传统遥测系统多设备、复杂电缆连接架构无法满足小型空间飞行器对小体积、轻重量、自主化程度高的遥测系统需求的问题,提出了一种小型空间飞行器通用化遥测系统设计方法。该方法引入集成化、模块化设计理念,采用混合编帧、双时序设计和故障自检测等方法,设计形成了一种通用化架构,包含了多种硬件模块和软件单元,集成于遥测综合装置,满足了空间飞行器小型化轻量化要求,系统时序灵活,自主化程度高。地面和飞行试验表明,该方法可快速适配小型空间飞行器需求,体积小、重量轻,具有良好的应用前景和推广价值。     

自抗扰控制技术在电动舵系统中的应用

针对无刷直流电机驱动的位置伺服系统,介绍了其自抗扰控制器设计的基本思路与实现过程。通过扩张状态观测器的动态补偿提高了电动舵机的鲁棒性,同时对系统闭环特性进行了分析,并对结果进行了仿真计算与实验研究,最后给出了自抗扰控制技术在快速响应电动舵机中的应用结果。     

基于ESO的再入飞行器姿态控制

针对飞行器再入姿态控制系统受到较大干扰力矩时,采用目前工程上常用的 “前馈＋PID”控制方法难以获得理想控制精度的问题,提出了采用自抗扰控制技术进行再入姿态控制的方法。首先利用扩张状态观测器对前馈项没有完全补偿的剩余飞行器角加速度进行估计并加以补偿,使得作用在飞行器上的力矩接近于平衡状态,并采用PD控制器进行误差反馈控制,给出了飞行器再入姿态自抗扰控制律,并在频率域分析的基础上给出了控制参数设计原则。仿真结果表明采用本方法能够有效地克服干扰力矩,从而明显地提高再入飞行器姿态动态跟踪精度。     

平台自标定技术综述

误差标定及补偿是提高惯性系统实用精度的重要手段,尤其是平台使用前一次通电过程中的自主标定,由于排除了多次通电不重复性误差,更显示出十分理想的补偿效果。另外,平台自主标定摆脱了地面设备及其操作过程,包括能实现自主对准,对载体的机动性有重大意义。对目前的自标定技术进行了总结,主要对自标定中的标定模型、标定位置选择和参数辨识方法进行了分析,分析了自标定技术的研究重点和难点,展望了自标定技术的研究前景,指出了一种新的自标定技术研究方向——连续自标定方法。     

热真空试验中的自校正PID控制策略

通过引入自校正PID控制策略解决热真空试验温度调节过程中存在的长滞后问题。首先,采用带遗忘因子的递推最小二乘法对未知模型的特征参数进行在线辨识;然后,进行自校正PID的控制律设计。仿真结果表明:该方法可以比较准确地辨识出模型特征参数;与传统的PID控制方法相比,具有响应速度较快、超调量较小等优点。     

钛合金异种材料单搭自冲铆接头力学性能

为研究钛合金异种材料单搭自冲铆接头的力学性能,本文使用接头剖面直观检测法分析了四种铆接接头的成形质量,先后对铜-钛合金接头(H62-TA1接头)和钛-铝合金接头(TA1-AA5052接头)进行准静态力学性能测试,得到了两种接头的载荷-位移曲线。采用狄克逊准则剔除异常值,并通过变差系数法验证了试验数据的可靠性。研究结果表明:H62-TA1接头质量优于TA1-H62接头,TA1-AA5052接头质量优于AA5052-TA1接头;H62-TA1接头强度(5 177.8 N)高于TA1-AA5052接头(4 296.9 N),H62-TA1接头能量吸收值(21.9 J)大于TA1-AA5052接头(10.2 J);H62-TA1接头失效模式为铆钉拉出失效,TA1-AA5052接头失效模式为下板拉断失效。