多自由度动量交换技术研究的新进展

航天器三轴姿态控制常用的多飞轮控制方案中,反作用飞轮的单自由度动量交换属性使系统的功能重复部件和冗余件数目增多,严重影响了姿控系统的重量、体积、功耗及成本;由于原理和结构的限制,传统多自由度动量交换技术无法充分发挥其“多自由度”的固有优势,而新型多自由度动量交换技术的研究与发展则为这一优势的发挥提供了空间。本文综述了国内外多自由度动量交换技术研究的新进展,分析了其特点、关键技术和研究方向,并展望其应用前景。     

基于滚动信息反馈的偏置动量卫星滚动/偏航回路姿态控制器设计

以偏置动量卫星为背景,针对滚动/偏航回路的姿态控制,采用频率分离法分析设计了基于滚动信息反馈的控制器,并给出控制参数的合理选取范围。卫星俯仰回路采用常用的偏置动量轮控制,其滚动/偏航轴上各安装一个反作用飞轮以完成姿态控制。同时,卫星三轴配置磁力矩器以实现动量轮/反作用飞轮的角动量卸载。最后进行了数学仿真,结果表明,卫星滚动/偏航轴的姿态指向控制的精度和稳定度分别达到0.05°和0.001(°)/s,验证了所设计的控制规律的可行性以及控制参数分析的合理性,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

基于姿态偏置的卫星天线方向图在轨测试实现

针对静止轨道通信卫星在轨测试期间天线方向图测试的需求,分析了天线方向图测试的方法。针对利用姿态机动进行天线方向图测试问题,给出了地面操作及操作计划制订方法,并通过工程实际验证了该方法的有效性。     

执行器故障下的运载火箭非奇异终端滑模容错控制

针对存在未知外部干扰和执行器卡死故障的运载火箭,提出了一种基于非奇异终端滑模面的姿态跟踪控制算法。首先,建立了考虑干扰和执行器卡死故障的运载火箭姿态控制系统多输入多输出系统模型;然后定义了运载火箭姿态跟踪系统模型,针对定义的模型,设计了一种非奇异终端滑模面,使得系统在执行器故障情况下仍能较为精确地跟踪参考信号。基于李雅普诺夫函数证明了运载火箭姿态跟踪控制系统的稳定性和有限时间收敛特性。数值仿真检验了本文基于非奇异终端滑模运载火箭姿态跟踪控制算法的有效性。     

航天器姿态大角度机动有限时间控制

针对航天器姿态大角度机动控制问题,在存在外部扰动的情况下,基于航天器姿态跟踪系统的标准级联特性,利用反步法和自适应控制设计有限时间控制器。提出的控制方法可以严格保证姿态大角度机动系统是全局有限时间稳定的。李雅普诺夫理论推导和仿真结果表明,系统在控制器的作用下可以快速机动到平衡点并保持稳定,全物理仿真试验进一步表明了所提出的控制方法的有效性和优越性。     

小卫星的鲁棒自适应姿态控制

对于中低轨道的小卫星而言，设计能克服参数不确定性及非参数不确定性影响的鲁棒自适应控制器具有重要的工程意义和理论价值。考虑存在参数不确定性及非参数不确定性，分析了小卫星的姿态动力学及运动学方程，设计出了一种鲁棒自适应控制器，证明了该控制器可以保证控制系统全局一致最终有界稳定。仿真结果验证了该控制器的有效性。     

扩展旋转矢量捷联姿态算法

给出了一种新的旋转矢量捷联姿态构造算法，该算法由陀螺样本的多重积分来构造旋转矢量的最小二乘估计。新算法具有较好的顺序递推结构，易于在机载计算机上编程实现，比传统方法更容易满足一些限制较多的特殊应用。文中还给出了该算法在机载计算机上的计算流程及算法的局部硬件化实现。     

自由飞行态主动式自旋稳定姿态控制

为改善航天器在自由飞行状态下的自旋稳定姿态控制精度，在分别采用消章和消偏的基础上，提出了一种消章消偏综合控制方法，并选用带消偏约束的消章控制法，对桌细长型航天器的姿态控制进行了仿真试验。理论分析和实验结果表明，该控制法的姿态角控制精度较高，所用时间较短，可满足控制精度的要求。     

待发段火箭倾倒实时监测技术研究与实现

倾倒故障作为火箭待发段的一种故障形式，严重地威胁着航天员的安全。待发段倾倒应急救生的关键在于及时获取准确可靠的箭体姿态与倾倒信息，为指挥员实时提供可靠的逃逸判决依据。本文从应用角度，综合光学与计算机图像处理技术，提出了一种简单而实用的火箭倾倒监测技术，并简要介绍了应用此技术实现的系统主要功能结构与性能特点。本文介绍的技术也可应用于其他需要定位与姿态监视测量的领域。     

基于反馈线性化和变结构控制的飞行器姿态控制系统设计

在大姿态角的情况下，飞行器姿态运动的非线性因素和耦合因素不容忽略，使得传统的基于小扰动假设的近似线性化处理方法面临难以克服的困难。本文首先运用反馈线性化方法，将飞行器姿态通道线性化解耦成三个单输入单输出系统，然后运用分散滑动模态变结构控制理论对每个通道分别设计变结构控制器，以期使系统获得对参数摄动和外部扰动的鲁棒性。理论研究和数值仿真表明，所设计的控制系统可以适用于飞行器大姿态角飞行的情况，并对系统参数摄动和外部扰动具有较强的鲁棒性。