一种新型滑模控制算法在挠性多体卫星姿态控制中的应用

针对一类挠性多体卫星的复合控制问题,提出一种新型滑模变结构控制算法。新型算法利用闭环系统Lyapunov函数的一阶导数估计值设计控制器,且控制器采用了递归学习控制结构,能够有效解决传统滑模控制技术的颤振问题。随后根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统轨迹可以快速收敛到滑模面,并且系统状态误差可在滑模面上渐近收敛到零。此外,设计的控制器能够有效抑制外部干扰,而且控制器只需要控制输入矩阵信息而不需受控系统和未知参数的其他先验信息,使得算法具有较强鲁棒性。最后通过数值仿真与现有文献中控制算法进行对比,结果充分验证了本文设计控制算法的有效性和实用性。     

分布式小卫星系统的技术发展与应用前景

分布式小卫星系统是现代小卫星的一个崭新的应用领域,它能充分发挥小卫星的优势,同时也能克服小卫星的缺点。分布式小卫星系统包括星群、星座、编队飞行等。小卫星编队飞行将在空间遥感、深空探测、通信导航等方面带来一场重大的技术革命。文章论述了小卫星特点和分布式系统概念,介绍了分布式小卫星系统技术发展水平和关键技术,以及未来的应用前景。     

基于网络复杂性的最小刚性编队通信拓扑生成

基于编队通信拓扑的网络复杂性,提出了一种多智能体系统最小刚性编队通信拓扑生成算法。首先基于刚度矩阵生成最小刚性编队通信拓扑的方式,找出智能体编队的最小刚性通信拓扑集;然后从降低通信消耗等方面建立网络复杂性评价指标,采用熵权法对各指标权重进行求解,给出网络复杂性的计算方法;基于此评价指标,在最小刚性通信拓扑集中找出网络复杂性最小的编队通信拓扑。仿真结果表明,该算法能有效减少编队通信拓扑网络复杂性,简化通信拓扑结构。     

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。
     

考虑状态约束的二体旋转库仑卫星系统重构控制

研究考虑控制输入饱和与状态约束的深空旋转二体库仑卫星构型控制问题,只采用卫星之间的库仑力作为控制力,提出一种基于反步法的非线性控制方法。首先推导了二体库仑卫星在地-月系平动点附近的相对运动方程,利用旋转二体库仑卫星的特性,对方程进行了简化。为了完成禁止相对运动区域的回避,设计了新的状态限制辅助函数,结合抗饱和方法与反步法得到了二体库仑卫星的构型控制器。接着证明了由于状态限制辅助函数的加入,所设计的控制器可以保证卫星相对运动不超出限制范围。进一步应用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的一致最终有界性。最后在Matlab/Simulink平台上进行了仿真校验,结果表明了方法的有效性。     

球形弹丸超高速撞击铝靶的分子动力学模拟

基于开源分子动力学程序LAMMPS建立球形铝弹丸超高速撞击铝靶的计算模型,模拟弹丸以10 km/s的速度超高速撞击单层靶、双层靶和半无限厚靶;获得了超高速碰撞靶板的物理过程及靶板损伤特性,与超高速碰撞宏观现象相似;厚靶成坑坑深与宏观经验公式计算结果基本一致。模拟结果初步表明,分子动力学方法可以对弹丸超高速碰撞薄靶和半无限厚靶进行模拟,为揭示碰撞过程中的微观机理提供了一种新的研究方法。     

编队飞行航天器测量通信一体化系统的交互链路技术

实现航天编队飞行需要有测量系统测定队列成员的相对位置、姿态和时间,还需要通信系统在编队成员间交换工程数据和科学实验数据。测量系统和通信系统都是实现航天编队飞行的核心技术。基于卫星导航技术,将卫星导航接收机、伪卫星发射机、伪码扩频序列通信和测距链路及相关数据处理模块组合,组成射频收发器,可以构成完成上述功能的测量和通信一体化系统。文中根据国外已有的实践经验阐明射频收发器设计中的交互链路设计技术,包括关于链路拓扑的考虑是采用星形网络还是网形网络;采用相控阵波束形成、分路多路径接收和多用户检测技术;采用半双工码分多址的多路传输体制和打包的信号结构;既可用兼用GPS和交互链路的相对导航,也可只用交互链路测距实现相对定位导航;在编队内外的星间通信乃至星地通信中引入移动IP功能等。航天器本身必须具备适应空间环境的耐辐射能力。     

基于多时刻时差的三星时差定位跟踪算法

对于高海拔目标,引入地球椭球模型会产生很大的系统误差,三星座时差定位算法只能采用两路时差信息作为观测向量。因此,传统的时差定位方法具有一定的局限性。提出了一种利用不同时刻时差信息的三星座时差滤波算法,利用不敏卡尔曼滤波(UKF)对不同时刻时差信息进行滤波估计静止目标位置。仿真表明该滤波方法相对于三星座时差滤波算法来说跟踪性能更好。     

Hardware-In-the-Loop Simulations of spacecraft attitude synchronization using the State-Dependent Riccati Equation technique

A nonlinear control technique pertaining to attitude synchronization problems is presented for formation flying spacecraft by utilizing the State-Dependent Riccati Equation (SDRE) technique. An attitude controller consisting of relative control and absolute control is designed using a reaction wheel assembly for regulator and tracking problems. To achieve effective relative control, the selective state-dependent connectivity is also adopted. The global asymptotic stability of the controller is confirmed using the Lyapunov theorem and is verified by Monte-Carlo simulations. An air-bearing-based Hardware-In-the-Loop Simulator (HILS) is also developed to validate the proposed control laws in real-time environments. The SDRE controller is discretized for implementation of a real-time processor in the HILS. The pointing errors are about 0.2° in the numerical simulations and about 1° in the HILS simulations, and experimental simulations confirm the effectiveness of the control algorithm for attitude synchronization in a spacecraft formation flying mission. Consequently, experiments using the HILS in a real-time environment can appropriately perform spacecraft attitude synchronization algorithms for formation flying spacecraft.     

运用混合遗传算法的多机编队重构优化方法

多机编队重构优化除了要考虑终端状态约束、控制作用能量约束之外,还必须考虑安全防撞距离与通信保障距离的约束。在满足这些约束的前提下,提出了一种新的结合控制作用参数化与时间离散化(CPTD)方法和遗传算法(GA)的混合算法,将编队重构最优时间控制问题进行控制作用参数化和时间离散化处理,转化为带自由终端状态约束的离散型优化问题,并通过对传统遗传操作算子的改进,采用改进的遗传算法进行寻优,得到最优解。算例结果表明了该混合算法的有效性,其适用于编队重构最优时间控制问题。