基于PD控制的仿昆虫扑翼样机研制

仿昆虫微型扑翼飞行器（FW-MAN）可以模仿昆虫悬停、垂直起飞以及侧飞等飞行姿态,从而适应复杂多障碍环境,具有广阔的应用前景。成功设计研制了一款重23.8 g,翼展18 cm,扑动幅值180°,扑动频率可达22 Hz的可垂直起飞的仿昆虫微型扑翼飞行器。采用曲柄摇杆与滑轮的组合机构作为样机扑动机构以解决原有样机扑动方案存在高摩擦及结构复杂等问题,样机翅翼设计为具有扭转角度的柔性翅翼从而使样机具有更高的气动效率。考虑到现有的姿态调节机制存在增加机构复杂度问题,基于翅翼扭转的姿态调节机制,设计了相应的控制调节机构,并搭建了样机气动力测量平台和姿态调节平台。气动升力与姿态力矩测量结果表明,样机翅翼可提供足够升力,姿态调节机制具有可行性。在此基础上,选取PD （Proportional Differential）控制律作为样机控制方式,为解决参数调定耗时及直接试飞样机不易观察控制效果问题,基于姿态调节平台获取了初始控制参数,然后对样机进行了多次试飞实验,并多次调定参数,最终实现了样机稳定垂直起飞。     

运载火箭姿态控制多速率陀螺融合方法

针对柔性火箭姿态测量中弹性信号会严重影响姿控系统设计和稳定性的问题,提出基于遗传算法的速率陀螺融合方法。首先,以降低姿控回路摆角指令传递函数的弹性峰值为目标,提出多速率陀螺融合方法的目标函数;其次,将多速率陀螺融合方法转化为多约束非线性规划问题,采用遗传算法求解多速率陀螺融合方法;最后,研究多速率陀螺融合方法对火箭姿态控制回路弹性信号的影响,以及对火箭控制器性能的影响。仿真结果表明:多速率陀螺融合方法可以有效减弱火箭姿态控制回路中的弹性信号,提高火箭控制器的性能,以增强火箭姿控系统的稳定性,降低火箭控制器设计难度。     

重力测量卫星三轴稳定模型预测控制方法

基于卫星重力测量姿态控制任务需求,提出了一种基于模型预测控制的三轴姿态稳定控制方法.给出了将控制力矩和扰动力矩分别作为控制变量和测量扰动的线性化方程,并将推力大小及其变化量作为约束条件.基于离散化状态方程,提出了满足多种约束条件的预测控制方法.通过数学仿真表明了模型预测方法对内编队卫星三轴稳定控制的有效性和可行性.     

一种基于3D扫描的航天器跨舱对接波导组件位姿测量方法

提出了一种基于Handyscan 700和Geomagic Control的非接触式位姿测量方法。该方法采用手持式便携3D扫描设备Handyscan 700,具有测量速度快、测量精度高的优点。在波导组件位姿测量试验中,本方法解决了航天器跨舱波导组件位姿无法高效测量的难题,实现了跨舱波导组件舱内部分在舱板合舱前就可安装到位,降低了总装风险,提高了波导组件总装效率。     

基于SCSO-BP神经网络的卫星姿态控制系统故障预测

近年来,随着人工智能的迅速发展,基于人工神经网络的卫星姿态控制系统故障预测方法得到了越来越多的重视。在反向传播(Back Propagation ,BP)神经网络中,权重和偏置是重要的可调节参数,与神经网络的预测性能密切相关。BP神经网络的初始权重和偏置为随机生成,设置不当容易导致网络在训练过程中陷入局部极值,进而影响预测性能。为了提高BP神经网络的预测性能,提出了一种将沙猫群优化(Sand Cat Swarm Optimization ,SCSO)算法与BP神经网络相结合的预测方法。在训练过程中,首先通过SCSO 算法对BP神经网络权重和偏置进行预训练,在此基础上,利用精调后的BP神经网络对卫星姿态控制系统周期渐变故障数据的未来趋势进行预测。实验结果表明,与原始BP神经网络预测方法相比,SCSO-BP预测方法能够有效减小预测误差,具有更好的预测精度。     

浮动提升式燃气阀启闭动态特性研究

高温燃气阀是固体飞行器姿轨控动力系统的重要控制装置。基于国内外燃气阀的研究,引入了静摩擦力和库伦摩擦力模型,设计一种浮动提升式燃气阀,采用动网格和UDF技术建立了燃气阀启闭过程中二维瞬态数值模型。计算结果表明,与普通喷管相比,该燃气阀内的流场不均匀性增加,阀门启闭过程中燃气阀及喷管内的流场变化是相近的,分析了在阀门启闭过程中不同开度下阀门流场内的亚音速回流区、流动分离以及激波分布情况,真实有效地模拟了燃气阀的启闭动态特性。仿真结果表明,该燃气阀结构合理,且可行性高。     

基于MATLAB与ODTK的卫星轨道确定精度仿真分析方法

在航天器轨道确定中,观测数据处理是一项繁杂的工作。介绍了以MATLAB对轨道确定工具箱Orbit Determination Tool Kit(ODTK)进行脚本控制的方法和步骤,并以最小二乘法为例,进行卫星轨道确定精度仿真分析。通过仿真算例分析,表明利用MATLAB与ODTK进行联合仿真能够快速、有效地进行卫星轨道确定数据处理。     

On the ability of sliding mode and LQR controllers optimized with PSO in attitude control of a flexible 4-DOF satellite with time-varying payload

Precise pointing of the satellite and its payload is essential in the accurate accomplishment of a space mission. In this study, the system of a satellite and its payload are considered as 4-DOF equations of motion. The time-varying payload can observe one direction of the Earth independently, and the satellite can point to the Earth station by its 3-DOF motions simultaneously. Sliding mode and LQR controllers are designed for damping disturbances, and consequently high pointing accuracy. Environmental disturbances and the associated time delay of Low Earth Orbit (LEO) are applied to the system. An algorithm based on Particle Swarm Optimization (PSO) is proposed to find the optimum values of variables and Normalized Integral Square Error (NISE) of the two aforementioned controllers. Numerical simulations indicate the optimized magnitudes of target detection errors and control efforts in four directions. The results revealed that PSO-SMC can finely track the time-varying payload and has better efficiency in comparison with PSO-LQR.     

北斗导航卫星姿态与轨道控制技术发展与贡献

通过总结北斗一号卫星到北斗三号卫星的发展过程，梳理了北斗导航卫星姿态与轨道控制技术的发展变化，以及在引领卫星姿轨控技术进步和星载器部件自主可控方面取得的成就.同时，根据下一代北斗卫星导航系统的论证需求，分析给出了未来导航卫星姿轨控系统需要关注与研究的关键技术.     

Guaranteed performance based adaptive attitude tracking of spacecraft with control constraints

The guaranteed performance control problem of spacecraft attitude tracking with control constraint, disturbance and time-varying inertia parameters is investigated. A new saturation function is designed to satisfy different magnitude constraints by introducing a piecewise smooth asymmetric Gauss error function. Based on the mean-value theorem, the constrained problem is transformed into an unconstrained control design subject to an unknown bounded coefficient matrix. To satisfy the constraints by performance functions, a tracking error constrained control is developed based on a hyperbolic arc-tangent asymmetric barrier Lyapunov function (BLF). In the backstepping framework, an adaptive robust control law is proposed by employing a smooth robust term simultaneously counteracting the parametric and non-parametric uncertainties, where the unknown coefficient matrix resulting from the control constraint is compensated by a Nussbaum function matrix. Rigorous stability analysis indicates that the proposed control law realizes the asymptotically tracking of spacecraft attitude and that the tracking error remains in a prescribed set which implies the achievement of the guaranteed transient performance. Numerical simulations validate the proposed theoretical results.