非合作目标交会的双层MPC全局轨迹规划控制

针对空间非合作目标近距离视线交会中的全局最优鲁棒轨迹规划与控制问题,提出了基于高斯伪谱方法（GPM）和线性时变模型预测控制（LTVMPC）的双层模型预测控制（MPC）算法。在轨迹规划方面,以视线坐标系下的相对轨道动力学为模型、能量最少和控制精度最优为性能指标构建最优控制问题,利用GPM精度高、收敛速度快的特点将最优控制问题转化为易于求解的全局非线性规划问题,在MPC框架下求解得到全局最优的标称轨迹,克服了传统的MPC不适用于全局大范围非线性规划的缺点;在轨迹跟踪控制方面,考虑预测时域内状态转移矩阵的时变特性,设计了LTVMPC算法对标称轨迹进行追踪,避免了存在不确定性时轨迹的重规划,从而降低在线计算量,保证算法在线自主实施,并且采用滚动优化的策略使算法对不确定性具有鲁棒性。由于规划层和控制层考虑的约束相同,因此规划的轨迹是可控、可达的。数字仿真表明,在燃料消耗和交会时间等方面,提出的方法均显著优于传统的MPC方法,相较于传统的MPC方法,新算法的交会时间减少50%左右,燃料消耗降低30%以上。     

带多充液圆柱贮箱航天器刚-液耦合动力学研究

文中以在低重环境下带多充液圆柱贮箱刚性航天器中刚-液耦合方程的建立和求解为主要研究目的。推导航天器中充液圆柱贮箱内任意点的牵连运动方程,根据壁面边界条件给出了贮箱内液体牵连晃动势的表达式;利用第二类边界条件下的傅立叶-贝塞尔级数展开法对低重力环境下的弯曲自由液面处的复杂动力学边界条件进行处理,建立以液体相对晃动势的模态坐标和晃动波高的模态坐标为状态向量的液体耦合晃动力学方程,通过积分分别得到了耦合晃动力和耦合晃动力矩的解析式;运用准坐标系下的拉格朗日方程建立以航天器主刚体姿态坐标和轨道坐标为状态向量的刚体耦合运动动力学方程,进一步联立上述耦合方程得到航天器整体系统的刚-液耦合动力学状态方程;最后,编制出适用于带多充液圆柱贮箱航天器内刚-液耦合动力学计算的模块化计算程序,通过计算实例验证所编程序的准确性的同时,研究了携带多充液箱航天器系统贮箱布局、外激励方式对航天器刚-液耦合系统动力学特性的影响。     

三星构型设计与时差定位精度研究

三星时差定位是星载高精度无源定位的重要形式,需要深入研究三星编队构型设计来 改善其高精度定位性能。从三星时差定位原理出发,推导了地理经纬度位置下的误差分析模 型,提出了基于最小定位误差均方差下的最佳构型数学表达式,并分析了不同构型对误差均 方差的敏感程度;讨论了在三星编队飞行中进行构型设计与保持的问题,并根据定位误差周 期稳定性和一致性设计要求,基于轨道相对动力学方程,提出了一种卫星编队的设计;通过 仿 真研究表明,三星形成的三角形构型中,其两腰长对应地心角距低于约0.3°时或三角形趋 于共线时定位性能敏感;固定腰长情况下等腰直角三角形星座构型具有最佳误差特性;提出 的具体编队方案,在运行周期内具有定位误差小和误差特性的良好一致性,对工程设计应用 具有重要意义。
     

基于DSP和CAN总线的热功率模拟系统

热功率模拟系统用于测试整星热平衡试验时模拟星上各设备热量分布情况,以检测整星的热控系统性能。本系统采用数字信号处理（DSP）组成单元处理系统,采用控制器局部网（CAN）总线组成通信网络,通过计算机对每一路功率按照预先设定好的功率曲线进行调控、巡检、记录。     

基于时间逐次逼近法的舰载直升机归航航迹研究

在明确舰、机位置及母舰运行计划的情况下,基于肓棋坐标系统、大地圆弧航线解算及时间逐次逼近算法的基础上,文中对远程执行任务的舰载直升机航迹进行了研究,并推导了求解最佳归航子空域的通式。仿真验证了算法的准确性。     

地球卫星运动中坐标系附加摄动与参考系选择问题

针对地球赤道面的摆动,曾提出过两种空间地心赤道坐标系,即历元地心平赤道坐标系和混合形式的轨道坐标系.在后一种坐标系中虽然可避免计算因地球引力位变化所引起的坐标系附加摄动的麻烦,但这又带来了两种坐标系之间的不统一和转换的麻烦.针对实际现状,直接在历元地心平赤道坐标系中给出相应的坐标系附加摄动解,所有与此有关的转换问题,均可在历元地心平赤道坐标系中进行,而无需为了避免坐标系附加摄动的计算去通过轨道坐标系来实现.从而建议,不必再引进轨道坐标系,在卫星定轨和预报中,所有的转换问题均可采用同一坐标系,即历元(目前是J2000.0)地心平赤道坐标系.      

一类动压滑动轴承的转化坐标与有效速度

采用转化坐标法导出两表面都有切向运动的止推动压滑动轴承的压力微分方程,并在此基础上导出两表面都有切向运动的径向滑动轴承的压力微分方程;在其他参数不变条件下,提高有效速度是提高两表面都运动滑动轴承承载能力的有效方法;对于两表面都运动的推力滑动轴承,合理组合两运动表面的楔形方向和转向是提高有效速度的关键;运用有效速度概念,为这类动压滑动轴承的工程设计给出了简便方法.     

基于控制力矩陀螺的BTT飞行器协调转弯控制

针对倾斜转弯(BTT)飞行器进行横向机动时会产生侧滑角的问题,提出一种考虑通道耦合因素的协调转弯控制方法。采用了一种基于单框控制力矩陀螺(SGCMG)的侧滑角抑制执行机构来替代方向舵、矢量推力发动机等传统执行机构。建立了加装控制力矩陀螺的BTT飞行器横向机动时的多变量强耦合非线性倾斜转弯动力学模型。根据BTT飞行器横向机动时的协调转弯要求,设计了一种基于非线性反馈和线性二次型最优算法的解耦综合控制器。计算结果表明:协调转弯控制系统可实现滚转角指令的良好跟踪和侧滑角的有效抑制。     

基于精密时间的星敏感器绝对姿态基准的建立

根据星敏感器外场试验的实际需要,提出一种用于建立星敏感器参考姿态基准的方法.介绍星敏感器参考姿态基准建立的基本原理;分别求取从赤道惯性坐标系i系到地球坐标系w系的转换矩阵Cw1（依靠原子钟精密计时）、从w系到地理坐标系t系的转换矩阵Ctw、从t系到平台坐标系p系的转换矩阵Cpt,从p系到星敏感器坐标系s系的转换矩阵Csp,从而得到i系到s系的转化矩阵Cs1;根据Csi求取星敏感器的姿态角,作为参考姿态基准;编制求解星敏感器参考姿态基准的电算化程序,并绘制星敏感器3个姿态角的误差曲线,最大误差小于0.25″.仿真结果表明,通过精密时间得到的姿态可以作为星敏感器外场试验的参考姿态基准.