火箭末级离轨系统中电动力绳系释放条件分析与控制设计

绳系释放过程是电动力绳系火箭末级离轨技术的关键,开展了绳系释放条件分析及控制方案设计。首先,基于"珠式"思想,建立离轨系统绳系释放过程的刚-柔耦合动力学模型。随后,基于数值仿真开展绳系释放条件分析。仿真结果分析发现,释放时火箭末级初始姿态对绳系释放稳定性影响较大,仅靠绳系拉力控制,系统稳定裕度较小,很难保证绳系释放稳定性。据此,进一步提出了一种绳系稳定释放控制方案,并通过数值仿真验证了控制方案的有效性。     

End-to-end validation process for the INTA-Nanosat-1B Attitude Control System

This paper describes the end-to-end validation process for the Attitude Control Subsystem (ACS) of the satellite INTA-NanoSat-1B (NS-1B). This satellite was launched on July 2009 and it has been fully operative since then. The development of its ACS modules required an exhaustive integration and a system-level validation program. Some of the tests were centred on the validation of the drivers of sensors and actuators and were carried out over the flying model of the satellite. Others, more complex, constituted end-to-end tests where the concurrency of modules, the real-time control requirements and even the well-formedness of the telemetry data were verified. This work presents an incremental and highly automatised way for performing the ACS validation program based on two development suites and an end-to-end validation environment. The validation environment combines a Flat Satellite (FlatSat) configuration and a real-time emulator working in closed-loop. The FlatSat is built using the NS-1B Qualification Model (QM) hardware and it can run a complete version of the on-board software with the ACS modules fully integrated. The real-time emulator, running on an industrial PC, samples the actuation signals and emulates the sensors signals to close the control loop with the FlatSat. This validation environment constitutes a low-cost alternative to the classical three axes tilt table, with the advantage of being easily configured for working under specific orbit conditions, in accordance with any of the selected tests. The approach has been successfully applied to the NS-1B in order to verify different ACS modes under multiple orbit scenarios, providing an exhaustive coverage and reducing the risk of eventual errors during the satellite's lifetime. The strategy was applied also during the validation of the maintenance and reconfiguration procedures required once the satellite was launched. This paper describes in detail the complete ACS validation process that was performed and it shows the most relevant errors detected and fixed during testing. Finally it summarises some of the most significant conclusions.     

信息集成在航天运输控制系统中的应用研究

文章从信息集成的角度提出四项一体化设计方法。制导与弹道的一体化设计,采用联立法实现用统一的架构解决复杂约束下飞行器自主动态轨迹规划问题。结果表明这种架构能够灵活处理各种约束条件并具有很高的控制精度,后续的重点是进一步提高计算效率。自检测BIT与地面测试的一体化设计,通过基于高速测量总线的窃听技术、基于模型和数据驱动的自动判读技术以及系统在回路的综合测试技术,实现快速发射和减少技术保障人员的目标,并已逐步开始应用。控制与测量系统的一体化设计,通过平台化的设计方案实现功能模块的集成、重用和重组,降低开发成本,避免重复投资。模型驱动的软硬件一体化设计,通过构建软硬件协同设计平台,实现算法、软件、硬件的并行设计和综合仿真,为系统方案的选择提供定量分析工具。上述信息集成技术为基础理论研究、系统实现和设计方法学等提供新的思路,提升控制系统的自主性和适应性,拓展控制系统的作用,增强快速反应能力,并能有效降低成本。     

服务航天器超近程逼近失控目标的建模与控制

为在轨服务任务中实施对失控目标的安全逼近与对接,开展了服务航天器超近程逼近过程的动力学与控制研究。通过引入描述相对运动构型变化的期望相对位置矢量和位置误差矢量,推导了一种新颖的相对轨道误差动力学模型;考虑对接机构安装位置及安装误差,并结合相对姿态动力学模型,建立了逼近过程的相对姿态轨道耦合动力学模型;根据逼近路径约束条件,设计了逼近过程的期望相对位置矢量导引律;基于相对姿态轨道一体化耦合动力学模型,设计了考虑未知有界干扰的自适应时变滑模控制律并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的全局稳定性。仿真结果表明,设计期望相对位置矢量导引律的方法能够实现逼近过程的相对运动构型变化控制,并且所设计的自适应时变滑模控制律具有较高的控制精度。     

空间绳系机器人超近距视觉伺服控制方法

针对空间绳系机器人超近距视觉伺服中相对位姿无法测量的问题,在建立机器人视觉系统非线性量测模型的基础上,提出一种基于直线跟踪的混合视觉伺服控制方法,利用帆板支架边缘线图像特征跟踪相对位姿,利用基座具有较大误差的量测信息保证控制系统的稳定性。仿真试验结果表明：在仅能获得帆板支架边缘线图像信息的情况下,设计的超近距逼近控制方法能够保证空间绳系机器人稳定到达目标卫星的帆板支架处,并满足捕获条件。     

航空电子微距太赫兹互连DRR访问容量分析

为了减轻机载电子系统线缆和连接器的重量,减小其体积并降低维护成本,在航空电子组件的电路板或芯片之间,可以采用太赫兹通信技术实现厘米量级的微距互连。采用开关键控（OOK）调制和非相干解调实现点到点太赫兹互连,给出了数据速率、数据包长度等参数的设计方法,进而构建包含用户节点和簇头节点的半双工多路访问分簇网络架构。在簇内用户节点到簇头节点的介质访问控制协议中采用赤字轮询（DRR）机制,并采用随机网络演算（SNC）方法得到概率保证意义下多路访问的有效服务容量,分析了阻塞干扰对DRR服务曲线的影响。分析和算例表明,DRR访问在保证实时性能界限的条件下兼顾了多路访问的灵活性,满足航空电子微小型化组件之间太赫兹通信和分簇组网的需求。     

控制受限的编队航天器鲁棒自适应控制

研究了考虑控制受限的编队航天器鲁棒自适应轨道跟踪控制问题。针对航天器编队飞行系统中控制受限、外部扰动和模型不确定性的情况,利用反步控制方法和指令滤波设计提出了一种鲁棒自适应控制策略。指令滤波器用于补偿控制受限对于控制器的影响,同时设计了自适应律对未知参数进行估计,并且利用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的渐近稳定性。和滑模控制等传统鲁棒控制不同,所设计的鲁棒自适应控制器是连续的,更便于航天器编队飞行系统的实现。仿真结果表明所设计的控制器既能实现高精度的编队飞行跟踪控制,又能保证控制受限的要求。     

基于角增量和角速率的旋转矢量算法的等效性

推导了基于角增量和角速率的两种旋转矢量算法（RVA）及其计算误差,并从理论上分析、比较了两种RVA及其圆锥补偿误差（CCE）;在不考虑传感器误差情况下,对两种算法的CCE进行了基于典型圆锥运动的仿真。结果表明,两种RVA的CCE由采样频率和圆锥运动频率的比值定量确定：当比值大于1〖KG*9〗000时,相同子样数的两种算法的CCE相等;两种RVA具有圆锥误差补偿效应的范围为该比值介于3和1〖KG*9〗000之间。在该有效范围内,CCE随比值的减小而单调增大,并且相同子样数的两种算法的CCE随着子样数的增大而趋于相等;当比值小于等于3时,两种算法的圆锥误差补偿效应同样减弱。从而得出两种算法的圆锥误差补偿效应的近似等效性。对于捷联惯组的设计、RVA的选择及其在惯组高动态环境下的应用具有一定指导作用。     

变锥角SGCMG系统的奇异躲避路径规划策略

将锥体上五个单框架控制力矩陀螺（SGCMG）框架轴与底面的锥角视为姿态机动任务前的调整变量,建立了锥角可调的五棱锥构型SGCMG模型。通过锥角可调SGCMG系统的复杂奇异性分析,推导了陀螺奇异测度对时间的导数与陀螺框架角速度的关系,进而提出考虑奇异躲避的路径规划策略。基于Gauss伪谱法的路径规划结果表明：锥角可调的五棱锥构型SGCMG系统可有效提高特定机动方向的控制能力,显著减少空间站姿态机动所需时间;所提出的考虑奇异躲避的路径规划策略可有效避免陀螺奇异。     

基于死区补偿的氧调器平稳切换自抗扰控制

歼击机中供氧系统内的氧气气压调节系统（氧调器系统）对飞行员的飞行质量至关重要。但是氧调器系统易受飞行环境和飞行员呼吸状态等因素的影响,而且氧调器所用阀门大多含有死区,会给控制系统带来稳态误差,导致控制难度增大,一般的控制策略难以兼顾补偿较大死区和抗扰两个条件。针对此问题,建立了基于音圈电机驱动阀的氧调器系统模型,并针对模型死区特性采用了死区补偿和双限幅模块,设计了基于死区补偿的平稳切换自抗扰控制策略。仿真及对比结果表明：采用同一套控制参数,可以使氧气面罩内压强在各个呼吸频率时有效,并快速地控制在呼吸阻力容许界限以内;并且其呼吸阻力低于将死区看作扰动的一般自抗扰控制（ADRC）。同时,验证了此策略的鲁棒性和抗扰性。