Simulating clefts in pumpkin balloons

The geometry of a large axisymmetric balloon with positive differential pressure, such as a sphere, leads to very high film stresses. These stresses can be significantly reduced by using a tendon re-enforced lobed pumpkin-like shape. A number of schemes have been proposed to achieve a cyclically symmetric pumpkin shape, including the constant bulge angle (CBA) design, the constant bulge radius (CBR) design, CBA/CBR hybrids, and NASA’s recent constant stress (CS) design. Utilizing a hybrid CBA/CBR pumpkin design, Flight 555-NT in June 2006 formed an S-cleft and was unable to fully deploy. In order to better understand the S-cleft phenomenon, a series of inflation tests involving four 27-m diameter 200-gore pumpkin balloons were conducted in 2007. One of the test vehicles was a 1/3-scale mockup of the Flight 555-NT balloon. Using an inflation procedure intended to mimic ascent, the 1/3-scale mockup developed an S-cleft feature strikingly similar to the one observed in Flight 555-NT. Our analysis of the 1/3-scale mockup found it to be unstable. We compute asymmetric equilibrium configurations of this balloon, including shapes with an S-cleft feature.     

基于Petri网的分布式编队小卫星星间通信仿真平台研究

针对编队小卫星星间通信的要求,提出基于Petri网的分布式编队小卫星星 间通信系统仿真平台。首先对编队小卫星星间通信系统进行TTDPN(T\|Timed Discrete Pe tri Net,TTDPN)建模,并建立该模型与分布式仿真平台间的映射。根据该映射关系设计编 队小卫星星间通信仿真平台的逻辑结构和数据流,搭建分布式编队小卫星星间通信系统仿真 平台。联合空间环境、姿态和轨道等分系统,重点对星间通信系统中信道编译码模块和扩频 解扩模块中的关键技术进行仿真验证。仿真结果表明：基于Petri网的分布式编队小卫星星 间通信系统仿真平台能够显著缩短仿真时间,提高仿真精度和仿真结果的置信度,提高通信 系统中模块的设计效率。
     

卫星编队飞行姿态协同输出反馈控制

研究了双星编队飞行系统的姿态协同控制问题。首先考虑在角速度不可测情况下,给出一种分布式姿态协同输出反馈控制方案,并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全
局渐近稳定性。然后在控制输入饱和时给出了另一种输出反馈控制方案。通过在控制方案中引入双曲正切饱和函数,得出只需控制参数的选取满足某一限制条件,就能有效地抑制控制力矩的饱和。最后对给出的算法进行了数学仿真。结果表明,所设计的控制算法是可行的、有效的。     

环件轧制参数与质量关系研究

在分析环件加工过程的运动和受力的基础上,定义了环件的端面平整度和外圆的圆度误差作为环件质量的表征参数。通过仿真,分析了环件轧制过程中芯辊进给速度、驱动辊转速和上锥辊进给速度与环件质量之间的关系。仿真结果为环件轧制工艺参数定义提供了参考。     

A guidance approach to satellite formation reconfiguration based on convex optimization and genetic algorithms

This paper presents a new approach for autonomous reconfiguration of distributed space systems, which ensures safe guidance of spacecraft formations towards the desired patterns while optimizing the total propellant consumption. The orbital transfer is reduced to the form of a convex optimization problem to guarantee rapid computation of control laws. Hence, tasks are iteratively assigned to the component platforms to detect the best reconfiguration strategy. The path-planning is entrusted to a reference satellite of the cluster, that coordinates the remaining ones by means of a procedure based on genetic algorithms. Two methods are proposed, depending on the organizational architecture of the spacecraft formation. In the first one, the maneuver is completely planned by the reference satellite, that determines final tasks and control actions for the whole cluster. As an alternative to such a fully-centralized approach, a distributed version of the algorithm is proposed: tasks are sorted by the reference satellite and transfer orbits are computed by exploiting the computational resources of the whole cluster. Whatever the considered framework, both the planners ensure a safe transition of the formation towards the target geometry. Simulation results show that, when relative distances are of the order of hundreds of meters, a mean delta-v per satellite of the order of 0.1 m/s is required to reconfigure LEO clusters within one orbital period.     

无人机-无人车异构时变编队控制与扰动抑制

研究了无人机-无人车异构系统时变输出编队控制与扰动抑制问题，要求多无人机与无人车在受到未知外部扰动的情况下，保持设计的输出时变编队构型。首先，对无人机与无人车进行单体运动学与动力学建模，同时建立扰动模型，并引入代数图论概念，建立异构集群系统的协同控制模型。然后，对各无人机-无人车设计了具有分层架构的分布式时变输出编队控制器，包含基于一致性理论的编队中心估计项和基于内模原理的扰动抑制补偿项。进一步分析异构系统实现输出时变编队的可行性条件，给出了分布式编队控制器的参数选取算法，并证明了时变编队控制器构成的闭环系统的稳定性。最后，通过仿真算例来验证所设计的编队控制器的有效性。     

无人机编队支撑网络的协同通信中继策略

针对无人机编队支撑网络优化选择中继成员进而提高编队协同通信能力问题，基于端到端技术（Device-to-Device，D2D），提出了一种同时考虑无人机编队成员的邻近域及编队成员间的社会性依存关系来优化选择中继成员的中继策略，旨在既能保证无人机编队的基本通信能力，又能同时优化提高编队的吞吐量，从而进一步提升编队支撑网络的整体性能。研究结果表明，所提的无人机编队支撑网络中继成员优化选择策略在系统吞吐量方面较已有方法具有明显优势。     

基于循环追踪控制的卫星编队构形调整控制律设计

卫星编队控制问题中，分布式控制优于主从式控制，在编队控制中应用日益广泛。提出了一种基于循环追踪算法的分布式控制策略，分析了该方法的优势。由于循环追踪算法存在编队中心由初始几何中心固定并与运动过程无关的弱点，引进了虚拟灯塔导引进行联合控制实现编队中心可变。建立了三维空间相对运动数学模型，设计非线性循环追踪算法与虚拟灯塔导引联合控制律，对全员联合控制与单星联合控制其余卫星采用非线性循环追踪控制两种方案的计算结果进行比较。结果表明，全员联合控制律的控制方案优于仅单星采用联合控制的方案，两种方案均可实现卫星编队按指定构形运动。     

无人机参数优化自抗扰编队保持控制器设计

针对无人机编队飞行中的队形保持问题,采用结合粒子群算法的自抗扰控制技术对控制器进行设计,使响应过程具有良好的动态品质和较小的稳态误差。建立三维空间内基于相对误差的无人机编队飞行模型,并在此基础上设计了跟踪微分器、扩展状态观测器和非线性状态反馈自抗扰控制器,采用粒子群算法对控制器中部分参数进行优化整定。仿真结果表明,设计的结合粒子群算法的改进自抗扰控制器具有良好的控制性能,能以较高的精度实现无人机编队保持任务。     

基于分布式自适应的多智能体容错一致性控制

针对"领航者-跟随者"的多智能体编队，由于领航者系统出现故障引起编队通讯中断而不能完成任务的问题，提出了一种基于一致性理论的分布式自适应控制方法，用于解决该问题。首先，以一个位于顶点的智能体作为领航者，其余3个位于同一条线上的智能体作为跟随者，由此所构成的三角形编队作为被控对象。其中，领航者速度方向作为编队的前行方向，跟随者位于领航者之后。其次，基于图论，对智能体局部信息参数进行分布式自适应更新，并设计分布式自适应控制律，用于弥补多智能体编队中领航者故障所造成的影响。同时，根据相邻智能体的局部信息，设计整体分布式自适应容错控制律，进一步通过构建合理的Lyapunov函数，证明所设计控制器的稳定性，以及"领航者-跟随者"之间相对横向以及相对纵向的距离误差均收敛于固定常数。最后，仿真验证表明：所提出的自适应控制方法具有良好的鲁棒性，这也为工程实践提供了理论依据。