基于微分器的轨迹线性化控制方法及其应用

针对当前轨迹线性化控制(TLC)方法对系统中的不确定性存在鲁棒性不足的问题,受非线性跟踪微分器设计思路的启发,提出了一种基于微分器设计原则的轨迹线性化控制方法.首先,引入二阶线性微分器(SOLD)的概念,通过理论分析指出了当前轨迹线性化控制方法中采用一阶惯性+伪微分器求取标称指令的微分信号时,会存在与二阶线性微分器类似的峰值现象,随后利用韩式跟踪微分器(TD)求取标称指令及其微分信号,避免了该现象的同时又赋予了系统在控制量的约束范围内调节响应快慢的能力;其次,通过构造期望的闭环系统,跟踪误差动态,直接获取线性时变(LTV)系统的控制量, 使得参数整定不再依赖于并行微分(PD)谱理论,在此基础上,将混合微分器(HD)的非摄动形式等价为期望的闭环系统跟踪误差动态,以提升轨迹线性化控制方法的鲁棒性,同时借助Lyapunov稳定性理论证明了受扰系统的跟踪误差最终一致有界;最后,利用所提出的轨迹线性化控制方法设计了高超声速飞行器的姿控系统并进行了相应的仿真.结果表明:存在大范围气动参数摄动的情况下,本方法仍具有较好的控制性能及抗干扰能力,能够满足高超声速飞行器快时变、高精度以及强鲁棒的控制需求.      

严格回归轨道的管道导航方法研究

分析了作为参考轨道的严格回归轨道与卫星在轨运行状态的相对运动关系,提出近地遥感卫星的管道导航方法。由于参考轨道的设计只考虑高精度的地球非球形摄动,与在轨卫星的动力学环境存在差别,这导致两者之间存在切航向漂移。基于高精度的轨道动力学模型和位置确定方法,设计了卫星与参考轨道采样点的沿航向对齐算法,从而获取了卫星相对参考轨道采样点的相位时间偏差和卫星在参考轨道编队坐标系切航向平面内的相对运动轨迹,进而引入椭圆的“最小二乘适配法”获取相对运动轨迹的特征量。所研究的管道导航方法可应用于基于GNSS测量数据的卫星自主轨迹保持。     

基于燃料最优解的火星精确着陆制导策略研究

针对火星着陆任务高实时性和低燃耗的需求,提出了一种新的基于开环燃料最优解的精确着陆制导策略。通过分析开环燃料最优解特性,设计了利用发动机推力幅值切换处的状态作为路径点结合最优线性制导律进行分段制导的制导策略,在无需存储全部燃料最优轨迹的前提下,实现具有近燃料最优特性的着陆任务,节省了大量的存储空间。同时详细讨论了包括全局燃料最优解获取、路径点提取、路径点拟合等一系列关键问题,并通过典型火星着陆场景的大量数学仿真验证了所提出策略的可行性和优越性。     

一种小推力借力飞行转移轨道初始设计方法

提出一种基于正弦指数函数的小推力借力飞行转移轨道初始设计方法。建立极坐标形式的正弦指数函数表达式,用于模拟小推力转移轨道,并用绕圈参数和飞行路径角对转移轨道的参数进行表征;在约束条件下对转移轨道参数进行离散化处理,求解转移轨道与目标星投射轨道在参考面内的交点,计算到达目标轨道时刻的极角,进而得出小推力转移轨道的初始设计参数;设计了地球—木星的火星借力小推力转移轨道,仿真结果验证了该方法在小推力转移轨道初始设计中的快速性与准确性。     

基于在线轨迹迭代的自适应再入制导

针对传统轨迹跟踪制导方法在再入飞行中无法较好适应导航模式切换等突变状况的问题,提出了一种能够有效应对制导系统输入信息不连续性的自适应在线轨迹生成方法。该方法通过实时的多项式拟合以及迭代过程确定满足终端约束条件的高度-速度剖面,并解算出当前飞行状态下所需的攻角与倾侧角指令,从而平稳、精确地将飞行器引导至末端能量管理段。通过对速度与能量、高度、轨迹倾角以及待飞航程等状态量建立解析关系,该方法拥有迭代速度快以及收敛性强的优势。仿真结果显示,该方法对输入信息的误差及跳变等不确定因素的适应性很强,在各类干扰情况下较传统方法拥有更高的制导精度。相较于传统轨迹跟踪制导方法,该方法在实际应用背景下显著地提升了制导的自主性与适应性。      

考虑能量最优的集群航天器避碰规划

针对传统集群聚集算法在航天器集群规划应用中存在燃料消耗大、不均衡以及耗时过长等问题,提出了向心聚集的能量最优聚类避碰算法。该算法首先基于集群相对运动方程与有限时间的能量最优模型,建立了自适应的向心聚集的能量最优模型;在此基础上,对于耗时较长且碰撞的问题,提出一种基于能量最优的聚类避碰算法,以模块间安全距离矢量作为避碰约束,将能量消耗作为聚类算法指标进行改进。仿真验证表明,该算法可以自适应选取集群聚类的中心,有效避免碰撞,减少集群聚集总能量的消耗以及模块间能量消耗的不均衡性,使得工质消耗达到全局最优,且耗时仅有常规遗传算法的万分之一。该算法为集群快速安全聚集提供了思路。     

基于随机森林的月球表面软着陆实时最优控制

针对传统月球表面软着陆在处理入轨偏差或降落过程轨迹偏离实时性差,文章提出一种通过监督学习离线训练随机森林结构,使得着陆器在降落过程中根据其状态,通过训练的随机森林结构在线计算其控制量,从而达到实时控制的目的。文章还提出一种基于随机森林的模型对月球着陆过程轨迹重规划技术,通过动力学建模将月球着陆过程分成制动段、接近段和着陆段共3个阶段,利用离线训练好的模型根据航天器状态在线计算其控制量,并通过三段下降过程逐渐降低航天器位置速度误差。仿真结果表明,针对入轨偏离500m的情况,通过第一阶段将位置误差缩短至50m,保证了航天器状态位于第二阶段训练集内,经过接近段后再将位置误差缩小至10m范围内,速度误差降至0.01m/s量级,满足着陆误差要求,且控制量计算时间短,达到了轨迹实时重规划的目的。     

输出跟踪问题中内部动态有界解的存在性

由于系统的内部动态不稳定,非最小相位系统的输出跟踪问题是一个具有挑战性的非常困难的问题,非最小相位系统在跟踪期望的输出轨这时,内部动态的不稳定变量可能发散。研究表明,不稳定内部动态有界解的存在性是非最小相位系统能够稳定跟踪期望输出轨迹的关键。对于系统内部动态具有双曲型形式的情形,Ｄｅｖａｓｉａ,Ｐａｄｅｎ和Ｃｈｅｎ利用对于不稳内部动态变量反时间方向积分的方法,证明了系统的内部地部存在有界解。文中讨     

1．2米高速风洞外挂物可控轨迹系统中的测、控、处系统

气动中心１．２米高速风洞外挂物可控轨迹系统中的测、控、处系统是一个由电子计算机闭环控制以获得外挂物由其母机上分离的轨迹的大系统，已多次成功用于测定外挂物分离轨迹的试验，表明其操作方便、控制灵活和可靠、精度高、抗干扰能力强，适用于进行各种外挂物的可控轨迹试验。     

TF／TA飞行航迹控制器设计

提高现代武装飞机的生存能力，基于ＴＦ／ＴＡ的超低空突防能力是飞行控制系统首先要求具备的功能，本文研究了在已知理想航迹的基础上飞机航迹跟踪控制器的设计方法，给出了控制器结构和算法。首先根据理想飞行航迹和实际飞行航迹之间的误差，计算航迹控制指充；然后，为了改善飞机的动态性能，使飞机能跟踪航迹控制指令而完成ＴＦ／ＴＡ飞行，用非线性解耦控制理论设计了飞行控制系统，仿真结果表明，该方法具有较好的航迹跟踪性能