皮卫星在轨能量平衡仿真及实验

以往对皮卫星的能量平衡分析,都仅仅建立在仿真的基础上.针对皮卫星的实际情况以及特点,改进了电源系统的仿真建模,建立了分流器件的真实模型,实时计算太阳电池阵、蓄电池和负载的在轨工作参数以及分析实时的电压平衡和能量平衡,得出了真实的能量平衡仿真模型.为了给能量平衡分析提供更加有力的依据,并验证能量平衡仿真,提出了一种基于实物的能量平衡实验方法,并设计出太阳电池模拟器.通过对卫星母线电压、锂离子电池电量的仿真结果和实验结果进行对比,使能量平衡分析得到了验证,也表明浙江大学皮卫星的能量条件可以保证整星的能量平衡.     

卫星自主导航中月亮摄动及其仿真研究

卫星自主导航是卫星控制技术发展的必然趋势，是当今世界航天领域研究的前沿热点之一。该文针对基于组合大视场星敏感器星光折射的卫星天文自主导航方法，应用广义卡尔曼滤波理论，建立了月亮引力摄动下的系统状态模型和系统观测模型。对系统模型进行了状态最优估计周围的线性化和采样周期的离散化，给出了干扰方程。在滤波计算过程中，采用了改进的广义卡尔曼滤波算法，以某地球同步轨道通信卫星为背景，进行了计算机仿真研究。分析和讨论了月亮摄动力对卫星自主导航的影响，给出了其影响的变化规律。研究和仿真结果表明，月亮引力是卫星自主导航的主要摄动因素之一，直接影响卫星轨道倾角的变化，并且卫星轨道越高，影响效果越明显。     

自主轨道确定中日月摄动对卫星轨道倾角的影响

利用天文方法和天文技术实现卫星自主轨道确定越来越倍受关注,而日月引力对高轨道卫星而言是一种很重要的一种摄动力,且随着卫星高度的增加对卫星的影响越加明显。该文针对组合大视场星敏感器卫星自主定轨天文方法,建立了日月引力摄动下的卫星自主轨道确定的广义卡尔曼滤波仿真模型,包括状态模型和观测模型,对东方红三号(DFH-3)地球同步轨道通讯卫星,在取初始轨道升交角分别为0°、90°和270°三种情况进行了仿真,得到了在日月摄动下卫星轨道倾角的变化规律,且把计算结果与已有的东方红三号卫星数据进行了比较。     

MATLAB/STK联合仿真方法研究及GUI设计

详细介绍了MATAB(矩阵实验室)与STK(卫星工具箱)软件互联的方法;STK提供了相应的二次开发接口,可供MATLAB等软件进行二次开发;利用MATLAB和STK软件组合搭建仿真环境,以某Walker星座的设计与优化算法为例,具体介绍了联合仿真步骤流程及GUI界面的设计方法,并综合考虑了卫星轨道、传感器以及卫星编队等相关参数对星座最优设计的影响;结果表明,利用MATLAB和STK组合仿真能够以图像及数据列表的形式方便直观的给出最优结果,通过联合仿真,较大程度上减小了MATLAB的编程工作量,同时通过GUI界面的设计,以可视化的形式对主体程序进行集成,只需输入参数,便可快速进行相应的轨道仿真与数据输出,避免了在进行卫星星座设计时需反复对STK参数进行调整的工作;在对卫星星座设计与运行轨道的问题分析中,MATLAB/STK联合仿真相较于使用单一软件进行问题分析而言,要更加便利、形象直观。     

基于天文/GPS的HEO卫星自主导航方法

为了实现大椭圆轨道(HEO)卫星高精度自主导航,提出一种将直接敏感地平天文导航与全球定位系统(GPS)相结合的组合导航方法.首先,分析卫星轨道??2运动模型及其所受空间摄动,建立卫星轨道动力学模型;然后,分析单一使用天文导航和GPS的优缺点,根据HEO卫星对GPS的可见性,提出在远地点只采用天文导航,而在近地点采用以天文导航为主、适时引入GPS信号进行位速测量辅助修正的方法.通过计算机仿真和结果分析表明了所提出的设计方法导航精度比单一天文导航提高72.4%～85.6%.     

多体卫星物理仿真动态调平衡干扰力矩分析

研究多体卫星的动力学,针对系统性能动态平衡问题,通常采用单轴气浮台进行仿真,但是单轴气浮台不能完全仿真卫星三自由度的平衡状态.为解决上述问题,三轴气浮台上实现带转动部件的多体卫星动力学仿真,研究了利用动态调平衡系统中质量块的移动,来实时补偿由于部件转动引起的质心变化而导致的重力不平衡力矩的方法.通过对气浮台系统动力学的研究,给出了动态调平衡执行机构质量块的移动规律.给出了由于引入动态调平衡装置而产生的额外干扰力矩的计算公式,通过数学仿真分析了干扰力矩对仿真系统的影响,为设计提供了科学依据.     

基于姿态敏感器的高轨道卫星自主导航方法的研究

为了解决未来高轨道卫星的自主运行问题，本文提出了一种基于姿态敏感器的同步轨道卫星自主导航方法，作为卫星自主运行的先决条件。在整个测量系统中，以含有摄动项的HILL方程为状态方程，同时由姿态敏感器给出的空间三个星体相对卫星本体方位，推导出量测方程，证明了测量子系统的能观性，并给出了简化了的推广Kalman滤波算法。仿真表明：该方法具有收敛速度快、精度较高的特点，是一种可行的同步轨道卫星自主导航方法。     

基于OpenGL的小卫星在轨运行仿真系统研究

传统的航天工业仿真技术主要用于分析计算航天器的飞行轨道与姿态运动,这种仿真方式通常不支持三维可视化仿真功能;文章结合卫星轨道、姿态动力学和计算机图形学,设计基于三维实时动态显示技术的小卫星在轨运行仿真系统,对卫星轨道、姿态进行可视化仿真,实时动画演示星内敏感器的工作状态,提供图形曲线和文本形式的分析数据,并能与卫星地面站进行数据通讯,实现小卫星的在轨监测功能;仿真结果表明,仿真系统能正确实时接收地面站的数据,支持二维、三维动画输出,可以成功完成小卫星系统的仿真与监测功能.     

一种MANS自主导航系统的导航精度分析

对基于ＭＡＮＳ导航敏感器的卫星自主导航系统，本文使用编制的计算机仿真软件，通过数学仿真给出了地球，太阳和月球的各种测量误差下的系统导航精度；分析了敏感器的安装误差，卫星轨道的偏心率和倾角，导航滤波器中的卫星轨道动力学模型和滤波器更新周期等对导航精度的影响。     

卫星组网可视化仿真系统设计与实现

卫星组网是满足未来空间通信需求的有效方式,为实现空间卫星组网的可视化,设计了一种卫星组网可视化仿真系统;系统由星座设计分系统、星座覆盖性能分析分系统、数据处理分系统和可视化分系统组成;在组网过程中,首先在星座设计分系统中设置星座的参数,根据轨道参数模型计算出星座中每颗卫星的轨道参数,并将计算结果输出给星座覆盖性能分析分系统,完成对纬度、区域和全球覆盖效果的分析、评估和显示;仿真结果表明:系统能够对卫星组网进行实时计算和显示,计算精度比STK仿真软件提高12%,系统运行稳定,界面良好。     

基于能量流动双PWM协调控制

基于双PWM结构,根据系统能量流动分析系统在能量平衡状态和能量不平衡状态下系统各部分间的能量关系,并建立双PWM结构能量数学模型;针对系统输出能量与消耗能量不平衡时造成的直流母线电压波动以及输出功率不匹配的问题,建立关于直流母线电压以及网侧电流d轴分量的约束条件,保证系统能量能够平滑变化;采用约束条件对整流器电压外环以及功率内环进行修正,用以实现整流侧输出能量与逆变侧消耗能量的快速平衡,达到双PWM结构间协调控制的目的;根据仿真结果表明,系统在电机功率突变时,能够实现能量的快速平衡,并且能够减少直流母线电压波动,减少网侧谐波分量和直流侧电容。     

热轧日生产计划优化模型和算法仿真

钢铁企业的炼钢-连铸-热轧生产过程兼有连续时间和离散事件的特征,是一个典型的混杂系统.由于炼钢、连铸、热轧这三大工序在生产过程中为顺序加工,所以生产调度中不仅存在物流平衡问题,同时在高温作业环境下,也存在能量平衡和时间平衡问题.针对当前钢铁生产中多品种、小批量、高质量、低价格、交货期日趋精确的发展要求.建立了基于准时制的热轧生产日计划模型.对于模型的求解,采用改进的混合启发式遗传算法求解,采用了新的编码方式以及动态调整交叉和变异算子概率,快速搜索最优解.     

无线传感器网络中节点调度算法的能量平衡研究

针对无线传感器网络能量分布不均匀的特点,提出一种基于能量平衡的节能机制。在随机性睡眠节点调度机制基础上,引入了反映网络能量状态的概念——能量平衡度。依据能量平衡度来修正节点睡眠概率使网络能量平衡。仿真结果显示机制可以保证较高覆盖率下并使网络能量平衡。     

Data reconciliation for simulated flotation process

This paper introduces a novel neural network-based technique called system balance-related autoassociative neural networks (SBANN) for steady state data reconciliation. This neural network has the same architecture as traditional feedforward neural networks but the main difference lies in the minimization of an objective function that includes process material and/or energy imbalance terms in addition to the traditional least-squares prediction term. Accordingly, this neural network with the system balance-related objective criterion is able to perform the two basic functions necessary for proper steady state data reconciliation: data smoothing to reduce the data variance and data correction to satisfy material and/or energy balance constraints. This novel technique is illustrated for data reconciliation of a simulated flotation circuit that is widely used in mineral processing.     

基于能量分析的馈能式主动控制系统设计

提出了一个馈能式主动控制系统的设计方案,首先给出了一种馈能式主动控制的电机作动器的驱动方式,使得作动器能够在三种工作模式下进行功能切换.其次,分析了三种模式的工作时间比与能量平衡之间的关系,给出了能够实现能量平衡的基本条件,并得到了系统达到能量平衡的条件.最后,通过一个馈能式主动控制系统设计的算例验证了方法的可行性.仿真结果表明,该主动控制系统能够有效降低振动激励的干扰,并且能够达到能量平衡,即不需要外部的能量供给.     

一类欠驱动机械系统的全局鲁棒控制

针对具有质心参数不确定性的Acrobot系统,提出一种全局的鲁棒控制方法.首先,给出系统具有质心参数不确定的系统模型;其次在摇起区,分析系统不确定性条件下的能量变化情况,基于能量不断增加的思想设计出摇起控制器;在平衡区,把系统的不确定性转化为模型状态矩阵的不确定性,引入H标准设计方法,得出存在H状态反馈控制器的充要条件,通过求解线性矩阵不等式使系统有效地克服不确定性的影响实现二次稳定;最后通过仿真实验验证了所提方法的有效性.     

衰减湮灭的状态方程及状态控制

根据衡敛状态方程,系统输入或边界条件的变化能够影响系统状态,对于系统状态出现的衰减湮灭,推导了系统衰减湮灭的状态方程、衰灭平衡方程。得出,当系统状态发生衰减湮灭,系统状态值、系统输入值、边界条件之间相互作用,改变系统的输入或边界条件能够恢复系统。应用系统衰灭状态方程及衰灭平衡方程,对系统状态变化进行分析,是研究系统状态演变,系统控制,状态时滞、预防系统性衰减的方法。     

基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法的仿真与实验研究

能量作为最基本的物理量之一, 联系着蛇形机器人蜿蜒运动的各个方面. 能量耗散描述了环境交互作用, 能量转换对应着运动的动力学过程, 能量平衡反映了蜿蜒运动的协调性. 提出一种基于能量的蛇形机器人蜿蜒运动控制方法-被动蜿蜒. 通过输出关节力矩控制机器人蜿蜒运动, 由机器人的能量状态调整力矩的大小. 仿真结果显示了被动蜿蜒控制下机器人的构形、角度、力矩、能量状态和转弯特性, 并对控制力矩进行了递归分析. 基于Optotrak运动测量系统构建了被动蜿蜒控制的模拟/物理混合实验系统. 进行了移动实验和拖动实验, 前者改变环境的摩擦特性,后者改变机器人的负载. 仿真和实验验证了蛇形机器人被动蜿蜒控制的有效性和适应性.     

Energy-based balance control approach to the ball and beam system

This article investigates the set-point balance control problem of the ball and beam system acting on the ball which is an underactuated system. The control law is designed, based on the total mechanical energy and the passivity properties of the system. According to the desired set-point, the zero equilibrium point and non-zero equilibrium points are studied respectively. For the zero case, it is proved that a single PD feedback controller is sufficient to bring the state to zero from any initial condition, on condition that the control parameters satisfy an inequality. For the non-zero case, the control problem is much more complicated. Unlike the previous energy-based control laws, a new form of Lyapunov function candidate is constructed. A complete analysis of the convergence of the energy and the dynamics is given, and the characteristics of the closed-loop system with the proposed feedback control law are illustrated. Moreover, it is proved that with the parameter choice rules proposed in this article, the ball and beam system will eventually converge exactly to the desired non-zero equilibrium point. Furthermore, since the length of the beam is not unlimited, the trajectory of the ball should be restricted within a limited range. The balance control laws are modified to avoid the ball running beyond the joint range limitation for the zero case and the non-zero case respectively. Simulation results show that the control laws proposed in this article are effective for the set-point balance control problem of the ball and beam system.     

差分进化优化的非均匀分簇算法

针对固态发酵无线测温系统中传感器节点位置、能量等受限因素导致能量消耗不均而过早死亡的问题,提出了一种基于差分进化改进的非均匀分簇算法。该算法省去了LEACH协议中每轮频繁选簇的机制,而是从系统的稳定性出发,一次性选择固定数目的簇首,采用差分进化算法优化节点覆盖率。同时,采用能量差异化匹配策略,合理地分配簇首节点与普通测温节点的初始能量,延长网络寿命。仿真结果表明,该算法有效改善了“热区”问题,均衡了能耗,在一定程度上延长了网络的生命周期。