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.     

一种模型独立的拟欧拉轴航天器大角度姿态机动

刚性航天器初始姿态捕获 ,要求从任意初始状态机动到角速度要求为零的指定状态。本文基于姿态偏差四元数和瞬时旋转轴偏离欧拉轴程度信息反馈 ,设计了一种拟欧拉轴旋转姿态捕获控制规律。对于刚体的任意初始状态 ,角速度可能不平行于欧拉轴。为减少瞬时旋转轴的偏移程度 ,将初始角速度分解为平行和垂直欧拉轴的两个分量 ,控制器在初始阶段尽快消除垂直角速度分量 ,随后进行拟欧拉旋转机动。最后给出了分析的仿真结果     

带有不确定参数的挠性航天器机动控制

将输入成型技术与闭环反馈控制结合设计,实现航天器机动控制中挠性附件的振动抑制.针对挠性航天器姿态机动过程中,系统惯量、模态矩阵等参数的不确定性对输入成型器抑制挠性附件振动的影响,提出基于最大允许残余振动的输入成型器建模参数的计算方法,并量化分析不确定参数对挠性附件振动的影响,为选择合适的成型器提供定量的理论依据.该方法可降低传统输入成型器设计的保守性,有利于提高控制性能.仿真结果表明,将系统存在的不确定参量考虑在内,系统振动抑制效果要优于不考虑的情况.     

变体无人机栖落机动建模与轨迹优化

对一类变体固定翼无人机栖落机动的纵向运动进行了建模与轨迹优化研究。针对栖落机动后段飞行速度低及迎角大带来的舵面气动效率下降的问题,研制了一种可改变主翼位置的变体无人机。通过室内飞行实验,利用运动捕捉系统测量获得飞行数据。依据实验数据,结合平板气动理论建立了变体无人机的气动模型,并建立了变体无人机的纵向动力学模型。采用广义伪谱优化软件(General pseudo-spectral optimization software,GPOPS),对所建立的变体无人机模型进行栖落过程轨迹优化研究。优化结果表明,与普通固定翼无人机相比,变体部件能够显著提高无人机的姿态操纵效率,从而改善无人机栖落机动性能。     

飞机急滚机动全局动稳定性研究

本文应用分支和突变理论,研究飞机在状态参数和操纵参数组成的空间内急滚机动全局稳定性。在研究铅垂平面内的对称飞行进入急滚机动时的分支和突变特性基础上,进~步讨论了水平面内转弯进入急滚机动时的情况,导出求解滚转速率临界稳定值的~般解析式,证明Phillips临界滚转速率判据只是其中的~种特殊情况。     

非线性解耦控制理论在飞控系统设计中的应用研究

根据非线性解耦控制理论设计了用升降舵、副翼和方向舵控制飞机迎角、侧滑角和滚转角速度的解耦控制律，并进行了闭环系统数字仿真研究。飞机动力学的数学模型计及了非线性气动力、运动和惯性耦合因素；操纵系统动力学模型中考虑了舵面的惯性，位置和偏转速率限幅，仿真结果表明，所设计的控制律可有效地指令飞机进行大幅值的单自由度或多自由度机动飞行，控制律中的参数变化对闭环系统动态响应影响较显著，容易导致Ｈｏｐｆ分支现象     

基于智能微分对策的自主机动决策方法研究

提出了一种基于智能微分对策的自主机动决策系统.该系统通过预测对抗双方的未来运动状态,将双边极值问题转化为单边极值问题,以降低计算复杂程度,满足机动决策的实时性要求.为体现对抗特性,采用战术过程评价获得最优机动,战术过程评价采用逐级淘汰方法.仿真结果表明,对抗双方未来运动状态预测误差能满足机动决策的需求,机动决策结果能有效提高作战性能.     

推力矢量飞机控制系统设计与仿真研究

针对某型推力矢量飞机提出了一套控制方案,较好地将理论与工程实践结合起来,解决了飞机在全包线范围内的飞行控制问题。该控制方案包括常规机动控制器、大迎角超机动控制器、控制分配器及轨迹跟踪控制器等几个主要环节的设计,完成的控制系统满足全包线飞行品质的要求,可实现对大机动轨迹的精确跟踪。最后,对此综合控制系统进行数字仿真并给出部分仿真结果,结果表明所提出的飞行控制系统设计方案是成功的。     

新型空间站氢/氧变轨发动机研究

基于气动谐振点火技术的氢／氧变轨发动机是一项新型的液体火箭推进技术,尤其适用于空间站应用。通过氢氧推力室理论热力计算以及同轴氢氧谐振点火试验研究,采用了同轴氢氧谐振点火器加氧气补燃喷嘴的发动机头部结构方案。在同轴氢氧谐振点火器进行性能试验研究基础上,依次成功进行了发动机头部的谐振点火及氧气补燃试验。最后,成功完成了包括单脉冲、连续双脉冲及3．0S持续工作几种形式下的发动机地面试车试验,验证了发动机工作的可靠性及可行性。发送机起动时间达到0．2S以内。     

挠性飞行器姿态机动脉冲调宽控制系统设计

大挠性充液飞行器喷气姿态控制系统设计是一个复杂和关键的问题,为了抑制挠性振动,设计形状输入信号,选取双曲正切作为平滑函数,并和Bang-Bang控制对比研究.喷气脉冲调制采用工程上易于实现的脉冲调宽（PWM）设计方法,结合积分死区原理设计脉冲宽度,对具有挠性充液动力学特性的对象进行控制,抑制了振动模态和晃动模态,实现了平滑机动控制.通过数学仿真表明,形状输入法和合理的脉冲调宽逻辑可以有效抑制大挠性飞行器姿态机动控制过程中的挠性振动.