High precision attitude dynamic tracking control of a moving space target

On-orbit spacecraft face many threats, such as collisions with debris or other spacecraft.Therefore, perception of the surrounding space environment is vitally important for on-orbit spacecraft.Spacecraft require a dynamic attitude tracking ability with high precision for such missions.This paper aims to address the above problem using an improved backstepping controller.The tracking mission is divided into two phases: coarse alignment and fine alignment.In the first phase,a traditional saturation controller is utilized to limit the maximum attitude angular velocity according to the actuator's ability.For the second phase, the proposed backstepping controller with different virtual control inputs is applied to track the moving target.To fulfill the high precision attitude tracking requirements, a hybrid attitude control actuator consisting of a Control Moment Gyro(CMG) and Reaction Wheel(RW) is constructed, which can simultaneously avoid the CMG singularity and RW saturation through the use of an angular momentum optimal management strategy, such as null motion.Finally, five simulation scenarios were carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy and hybrid actuator.     

基于改进干扰观测器的稳定平台扰动抑制技术

航空遥感稳定平台可被应用于资源勘查、地理测绘等领域,可用于隔离载体飞行过程中相机的视轴抖动。由于装配等原因,稳定平台自身也会存在不平衡力矩、摩擦等干扰,这些干扰将影响稳定平台的视轴稳定精度。介绍了上述扰动对稳定平台的影响,并分析了这些扰动的形成原因。为了抑制这些扰动对稳定平台控制精度的影响,在基于传统干扰观测器的基础上,设计了改进型干扰观测器并将其加入到了稳定控制回路中,以形成扰动补偿控制,并对改进干扰观测器的扰动抑制效果进行了仿真分析。仿真结果表明,应用改进干扰观测器的稳定平台的扰动抑制效果明显优于传统PID控制算法,平台的稳定精度得到了进一步提高。     

RSSI测距在蓝牙室内定位抗差算法中的应用

蓝牙信号强度在室内环境下易受人员扰动等环境因素影响,从而影响定位精度。基于RSSI测距的蓝牙室内定位原理,将人员等扰动视为异常误差,采用胡贝尔、汉佩尔、IGG和LEGE四种抗差算法,比较分析了不同抗差算法的定位提升效果。试验结果表明,不管有无人员扰动,四种抗差算法均可改善定位精度,其中IGG法定位精度最高,约为3m,且有较好的稳定性。     

干扰和执行器故障系统的自适应神经网络控制

针对一类存在未知外部扰动和执行器故障的过驱飞行器系统的控制问题,提出了一种非线性自适应控制方案。在自适应控制方案中,设计了神经网络补偿算法逼近未知干扰项来消除环境干扰对系统的影响,提高了系统的鲁棒性。同时,控制律的输出作为控制分配器的输入,设计自适应控制分配算法来补偿执行器故障或输入饱和,从而提高了系统的稳定性和操作性,并利用李亚普诺夫稳定理论证明了所设计的控制系统能使误差系统最终一致渐近有界。最后,给出了一个数值仿真算例,验证了控制方法的有效性。     

Spacecraft attitude maneuver control using two parallel mounted 3-DOF spherical actuators

A parallel configuration using two 3-degree-of-freedom (3-DOF) spherical electromag-netic momentum exchange actuators is investigated for large angle spacecraft attitude maneuvers. First, the full dynamic equations of motion for the spacecraft system are derived by the Newton-Euler method. To facilitate computation, virtual gimbal coordinate frames are established. Second, a nonlinear control law in terms of quaternions is developed via backstepping method. The pro-posed control law compensates the coupling torques arising from the spacecraft rotation, and is robust against the external disturbances. Then, the singularity problem is analyzed. To avoid sin-gularities, a modified weighed Moore-Pseudo inverse velocity steering law based on null motion is proposed. The weighted matrices are carefully designed to switch the actuators and redistribute the control torques. The null motion is used to reorient the rotor away from the tilt angle saturation state. Finally, numerical simulations of rest-to-rest maneuvers are performed to validate the effec-tiveness of the proposed method.     

一种带帆板挠性的控制系统分析和设计

分析了一种卫星太阳帆板结构挠性对姿态控制系统稳定性影响的问题;给出了带挠性的控制系统仿真与设计方法。试验结果表明,通过合理的设计可以减小挠性对卫星姿态稳定性的影响,提高系统的控制精度。     

航天器太阳翼展开锁定分析

研究航天器太阳翼锁定过程的动力学特性。对展开锁定和姿态运动做耦合分析,给出了采用有限段模型划分的耦合动力学方程。针对某一卫星给出了锁定过程中各参量的响应曲线,包括卫星本体姿态以及BAPTA 上所承受的作用力和作用力矩由线。该模型也适用于航天器多体系统的展开锁定分析。     

万有引力场中充液卫星的姿态稳定性

本文讨论沿圆轨道运动受万有引力矩作用的非对称充液卫星相对轨道坐标系的姿态稳定性。利用Liapunov直接方法和一次近似理论导出相对平衡的稳定性充分必要条件。      

日冕扰动传播的数值模拟(Ⅲ)太阳风的影响

本文数值研究了二维磁流体动力学平衡基态下开场区日面冷物质径向喷射所引起的日冕动力学响应。结果表明:(1)在高密度环前方有一弱扰动区近似以Alfvén速度向外传播;(2)高密度环前缘移动速度随着径向距离而增加, 其增加值近似为局地太阳风速度;(3)高密度环中等离子体的最大径向速度约在4个太阳半径处趋于局地逃逸速度;(4)对于强开放场, 环形结构在θ方向上没有明显的扩张。这些结果可以更好地解释伴随有日珥的日冕物质抛射事件。      

空间站姿态控制和动量管理研究

空间站在利用控制力矩陀螺 (CMG)进行姿态控制的过程中 ,由CMG产生的内力矩使空间站角动量重新调整分配 ,会引起控制力矩陀螺角动量随时间的累积 ,从而导致角动量的饱和。本文在空间站姿态控制与动量管理 (ACMM )线性化模型基础上 ,首先建立了不考虑扰动抑制下的控制系统稳定模型 ,其次分析了考虑扰动抑制下的控制器设计 ,引入线性系统有关理论 ,利用内模原理实现对扰动抑制的鲁棒控制 ,最后通过仿真验证了系统的有效性