单推力航天器交会对接轨迹规划及跟踪控制

针对单推力航天器交会对接问题,提出一种轨迹规划及跟踪算法。首先,考虑到追踪航天器只沿本体X轴安装推力器,且推力方向固定,为了实现从起始位置转移至期望位置并满足姿态要求,基于三维螺旋线设计两阶段转移轨迹,根据初末位置以及末端速度方向要求,求解螺旋线参数。该螺旋线可以保证在初末速度方向固定情况下,曲率积分最小。其次,为了降低轨迹跟踪难度并减小初始时刻的位置跟踪控制力,需要将转移轨迹初始速度与追踪星X轴重合。传统螺旋线无法满足该约束条件。本文对传统螺旋线进行改进,提出一种旋转螺旋线轨迹设计方法。通过引入姿态旋转矩阵,将螺旋线在三维空间旋转,在不改变曲线形状的前提下满足初末位置及速度方向要求。然后,为了跟踪转移轨迹以及跟踪期望推力方向,提出基于CLF（Control Lyapunov Function）的滑模控制策略,当追踪星X轴与期望推力方向夹角较大时,采用CLF,保证最优性;当姿态误差收敛至滑模面附近时,切换为滑模控制,以提升系统鲁棒性。最后,通过仿真验证旋转螺旋线相比于传统螺旋线的优势。     

航天器相对导航与控制技术的典型任务

在空间交会对接、在轨服务、近距离目标监视以及航天器编队飞行任务中,通常需要通过相对导航与控制技术对相互邻近的航天器进行控制.回顾了该领域典型的空间任务,特别关注任务、相对导航与控制方法、相对测量设备、推进系统等主要特征,并总结了该项技术的发展趋势.     

二维翼型非定常运动的涡流场显示--2俯仰运动和沉浮/俯仰联合运动

介绍了在水洞中进行的二维机翼纯俯仰运动和沉浮/俯仰联合运动时的流动显示实验.实验结果揭示了机翼做纯俯仰运动时尾迹涡街的特性以及与Strouhal数(Ste)的关系.在Ste=0.105附近,涡街排列成一条线;大于该值,为逆Karman涡街;小于该值,为正Karman涡街.机翼做沉浮/俯仰联合运动时,尾迹中总是出现逆Karman涡街.结合数值计算结果说明,机翼做沉浮/俯仰联合运动时,推力及最大有效迎角与沉浮和俯仰运动之间的相位差有关.并讨论了前缘涡与后缘涡相互作用对推力的影响.     

行星采样柔性机械臂运动规划研究

为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即在运动过程中使加速度连续,避免关节转动的力矩突变,并且最大限度降低峰值。首先建立基于D-H法的机械臂运动学方程,然后在考虑臂杆及关节柔性的动力学模型环境下,进行变加速—匀速—变减速的笛卡尔空间加速度连续平滑轨迹规划运动,达到减小柔性臂振动、提高定位精度的目的。仿真结果表明,在运动规划中引入抛物线过渡的加速度连续环节、降低加速度冲击可以明显改善运动平稳性,对提高动态跟踪精度有直接作用。     

宇航员手持式高频冲击采样装置的设计研究

获取具有原态层理信息的月壤剖面样品是我国载人登月人工采样任务的重要目标之一。对比国外地外天体采样技术,提出了一种适合宇航员手持操作的高频冲击式采样装置。采样装置采用高频冲击作用下颗粒的单向运移原理,可保证样品的原态层理信息,降低了采样功耗,提高了取芯率;取芯机构表面的各向异性摩擦形貌增强了颗粒单向运移效果,提高了采样效率;改变冲击频率进行取芯试验,得到了冲击频率与表面形貌对取芯率的影响规律,为我国载人登月人工采样装置的设计研究提供技术参考。     

力值加载装置控制系统设计

针对力标准机不适用于力值现场校准测试的问题,设计了一种便携式的力值加载装置。该装置采用STM32F103为主控单片机,采用高准确度AD转换器测量力值,优化了力值加载控制算法,避免了力值加载过程中可能出现的各种问题。该装置控制速度快,准确度高,适用于力值现场校准测试。     

冲压空气涡轮释放过程运动学分析

冲压空气涡轮作为飞机上的应急能源,能在出现紧急情况时提供电能,保证飞机上电传操控和电子设备的正常工作。本文以冲压空气涡轮为研究对象,基于机械运动原理对系统模型进行了简化,基于刚体假设,结合MATLAB软件从理论上研究结构在释放过程中的运动学问题。给出了冲压空气涡轮系统释放过程中各个关节空间位置的理论求解方法,得到了关节在空间中的运动轨迹和对应的速度时间曲线、加速度时间曲线,结果表明:冲压空气涡轮系统的释放过程在1 s以内,释放速度较快,且各关节在释放初始阶段速度、加速度响应较大。本文的工作可为后期不同冲压空气涡轮系统构型的初步设计提供理论依据,指导冲压空气涡轮释放的仿真计算和试验。     

W波段UAV MISAR实时成像运动补偿方法

建立了实时成像正侧视合成孔径雷达(SAR)运动误差模型,采用了一种基于惯导和相位梯度自聚焦(PGA)运动误差估计的中心波束平面运动补偿算法。该算法对回波包络和相位进行分开补偿,利用惯导数据把带有运动误差的回波包络拉直,再利用相位梯度自聚焦算法对回波进行相位误差估计并补偿。针对实时成像的时间少、运算量大、运算资源受限等特点,该算法取消了距离徙动校正的步骤,将运动误差矢量在斜距平面投影并完成包络校正和相位误差估计。该方法运算量小,同时能满足分辨率要求。仿真结果表明:该方法能够得到质量较高的SAR图像。     

考虑J2项摄动的星座相对运动控制

利用轨道某些要素(偏心率，升交点赤经和倾角)的差别可以构成由一颗中心星和几个环绕星组成的近距离星座。在理想中心引力场下，环绕星运行轨迹在水平面投影可以呈现封闭圆形。在地球引力摄动时，这种空间形状将逐渐发散。为此，本文考虑J2项摄动的影响，设计了对其具有鲁棒性的环绕星相对轨道；进而导出了带有J2项摄动的环绕星相对运动方程，并给出了基于惯性笛卡尔坐标系运动学变量的相对轨道控制方法。分析和仿真结果表明，这种控制方法能够实现星座相对运动的高精度控制。     

卫星编队飞行的双参考向量定姿法

以微型扫描激光距离探测器(MS-LRF)为测量工具，将卫星绝对姿态确定方法中的双参考向量法用于卫星相对姿态的确定，给出了确定方法并对测量精度进行了分析。