空间机械臂智能规划与控制技术

随着空间探索的不断深入,人类从认识空间环境逐渐转向开发和利用空间资源,空间机械臂因其运动范围广、操作能力强等特点被广泛应用于空间探索活动。复杂的太空环境以及繁重的空间操控任务对空间机械臂的自主性与智能性提出了越来越高的要求。本文在概述空间机械臂的发展现状及其关键技术的基础上,对空间机械臂智能规划与控制技术展开综述,重点阐述国内外学者在空间机械臂任务规划、运动规划以及运动控制等方面中取得的研究成果,进而展望了后续空间机械臂规划与控制的发展方向。     

80°三角翼流动显示和涡频测量试验研究

在中国航空工业空气动力研究院FL-5低速风洞进行了80°三角翼流动显示和涡频测量试验研究.介绍了能产生扫描式6片光的旋转镜平行多片光装置;介绍了能产生连续、均匀的示踪粒子且粒子浓度可调的气压式粒子发生器;介绍了测量涡跳动频率的光学方法和用应变天平测量模型抖动频率的方法,并对大迎角和大滚转角时涡跳动频率和模型抖动频率进行了测量,结果表明:a=42°、φ=42°时模型抖动频率(7.2Hz)和涡跳动频率(7.75Hz)接近,模型的抖动可能是由前缘涡的非定常跳动引起的;介绍了流动图像处理的相位平均技术,该技术可用于动态流动显示和测量,并可对动态迟滞效应进行定量分析;介绍了流动显示图像的三维重建技术,该技术可用于显示空间涡的结构并分析其机理.     

基于雷达相位测距的微动特征获取

针对微动目标的雷达回波特征信号一般较小难以提取的特点,提出了一种基于雷达相位测距的微动特征获取方法。相参雷达工作在宽窄交替模式下,宽带信号形式为线性调频（Linear Frequency Modulation,简称LFM）。首先,通过窄带相位测距（游标测距）测量目标质心的平动轨迹;其次,通过宽带相位测距测量目标上各个散射中心的运动轨迹;最后,从散射中心运动轨迹中除去质心平动轨迹,获得散射中心相对于质心的微动轨迹。相位测距精度极高,已知微动模型,可以估计微动参数,获取微动特征。仿真结果表明,该方法可以有效获取目标的微动特征。     

侧管式高空代偿服加压力学工效分析

高空代偿服充压后会限制人体的活动,为探讨在不同压力水平下代偿服对人体作业工效的影响,进行了力学工效分析,主要包括力量测试、基于Vicon460三维运动捕捉系统下的活动范围和操作灵活性测试,并且针对耐受性和灵活性进行了主观测试.结果表明:①代偿服加压对作业工效产生显著影响(P<0.05),肩关节、髋关节比较敏感,1.96 kPa下降幅分别达62.2%和42.3%,10.49 kPa下肩关节后展降幅最大,为83.1%,其次是颈关节转动,为63.3%;②上肢受压力影响比下肢严重;③力量测试影响较小(P>0.05);④主观测试结果与客观数据一致,能够反映人体对不同代偿加压值的反应.其结果可为高空代偿服的评价和性能改善提供基础性资料,具有一定实际意义和应用价值.      

Smooth free-cycle dynamic soaring in unspecified shear wind via quadratic programming

Harvesting wind energy is promising for extending long-endurance flights, which can be greatly facilitated by a flight technique called dynamic soaring. The presented study is concerned with generating model-based trajectories with smooth control histories for dynamic soaring maneuvers exploiting wind gradients. The desired smoothness is achieved by introducing a trigonometric series parameterization for the controls, which are formulated with respect to the normalized time.Specifically, the per...     

自由漂浮空间机器人点到点避奇异运动控制方法

针对具有冗余机械臂的自由漂浮空间机器人（Free Floating Space Robot, FFSR）点到点避免奇异性规划和控制问题,提出了一种冗余FFSR的点到点避免奇异控制方法。首先,该方法基于离散状态依赖李卡提方程（DSDRE）控制器设计方法,利用FFSR的动力学和运动学方程实现了FFSR系统方程的伪线性重构;然后,基于伪线性重构系统及DSDRE状态调节器设计方法实现了FFSR的关节角速度和末端位姿的同时跟踪控制;其次,根据跟踪控制器对FFSR广义雅克比矩阵（GJM）行满秩的设计要求,定义FFSR的奇异性判别依据,构造了避奇异约束函数;再次,由于冗余FFSR系统具有多逆运动学解特点,考虑关节角及关节角速度约束,结合避奇异约束函数设计了FFSR的期望轨迹在线规划器,进一步将设计的跟踪控制器与规划器相结合提出了冗余FFSR末端点到点避奇异运动控制方法。最后,为验证所提方法的有效性同时考虑简化计算,采用平面4连杆FFSR模型进行数值仿真,仿真结果表明所提点到点避奇异运动控制方法能够有效实现冗余FFSR系统的点到点避奇异运动。     

面向任务的电推进航天器性能优化与控制

针对电推进(EP)系统的性能与任务耦合优化及控制问题,提出一种基于电推进特征参数模型的耦合优化方法。以入轨有效载荷质量转移率最优为目标,推导出化学-电推进组合任务与多模态全电推进任务的完备形式的拓展火箭方程与最优比冲(Isp)表达式,得到多模态连续电推进最优比冲的计算方法,并得到相关参数对最优比冲的影响规律。结果表明,提出的耦合优化方法与最优比冲公式对求解多模态电推进任务的最优比冲和研究电推进航天器耦合优化控制问题具有指导意义和通用性。     

舰艇运动对导弹冷发射出筒的影响

针对舰载导弹垂直冷发射对导弹出筒轨迹和姿态偏差有一定要求的现状,研究舰艇运动对导弹冷发射出筒扰动问题。分析了舰艇运动中可能造成最大扰动的发射时刻。采用对可能最大值点仿真研究的方法,用动力学仿真软件ADAMS针对可能最大扰动时刻进行影响程度的定性研究。结果表明,5级海情对舰载导弹冷发射影响较大;舰艇运动最大过载时刻对导弹轨迹水平和竖直方向位移影响最大;在最大摇摆角时刻发射会导致导弹出现最大姿态偏角。     

弹道中段目标质心位置估计

 质心在目标上的位置是弹道中段目标的重要进动特征,也是目标的质量分布特征,可用于识别弹头和诱饵.针对旋转对称目标,提出了基于窄带雷达回波相位特性的质心位置估计方法.首先,选取目标对称轴上的任意点作为质心位置参考点,定义相应的质心位置参数,并构造以该点为相位参考中心的全姿态散射系数模板;然后,对窄带雷达回波采样序列进行相位匹配变换,搜索匹配函数的最大值,从而得到质心位置参数的估计值.仿真结果表明了该方法的有效性.     

侧向甲板运动补偿技术研究

 为提高着舰的安全性, 减小着舰误差, 研究了侧向甲板运动补偿机理, 设计了雷达测量轴跟踪滤波器, 导出了侧向甲板运动补偿指令模型, 建立了甲板运动补偿状态下侧向自动着舰导引系统结构配置, 仿真表明, 开发的甲板运动补偿技术可有效地补偿由海浪引起的着舰误差。