近地小行星仅测角相对导航可观性判据

针对近地小行星仅测角相对导航系统的非线性可观测性分析问题,本文基于非线性系统局部弱可观性理论给出了新的可观测性判据.首先,通过分析非线性系统李导数的共有属性,给出了李导数梯度空间的共有子空间.进一步,利用该共有子空间和非线性系统局部弱可观性定义给出了新的可观性判据.经理论证明,该判据适用于非线性系统任意阶李导数,并且给出的可观性结论可与高阶可观性矩阵秩判据的结论等价.与传统的秩判据相比,该判据具有无需进行高阶李导数运算,无需进行高维矩阵运算的优点.因此该判据适合在轨计算,具有一定的工程价值.最后仿真结果验证了可观性判据的有效性.     

考虑时间特性影响的控制系统可重构性定量评价方法研究

故障诊断时间和控制重构延时严重影响了控制系统的实际重构性能,然而目前缺乏相关研究.基于该现状,本文针对执行器快变偏差故障,重点考虑时间特性影响,结合能量与输入约束,对控制系统可重构性的定量评价问题展开了研究.首先,以基于观测器的故障诊断算法和控制重构方案为例,建立了重构系统模型;然后,以该模型为对象,通过对重构过程中关键时刻的分析,深入研究了系统故障后的动态特性,并综合考虑故障引起的状态偏差、资源浪费以及诊断误差,设计了用于描述故障系统性能下降程度的二次型性能指标;其次,利用Lyapunov稳定性理论,定量求解了性能指标关于时间的一般表达式,进而求得该指标在整个时域中的最优解;最后,基于最优性能指标,引入了可重构度的概念,实现了对控制系统可重构性的理论判定以及定量描述,并通过数值仿真验证了所提可重构性分析方法的有效性.     

月球探测器重力转弯软着陆的最优制导

对于月球表面重力转弯软着陆过程,应用极大值原理研究了最优制导律,证明了其在 着陆过程中不存在奇异状态,并且至多进行一次开关切换.最后给出了一种易于实现的次优制 导律.     

载人登月任务中的控制技术展望（特约）

人类探索宇宙的步伐从未停止，走得更远是不懈的追求。早在1969年，美国“阿波罗”11号飞船就实现了人类首次登陆月球，接下来又有5艘飞船成功登月。近些年，以中国“嫦娥”工程为代表的无人月球探测计划成功实施，使得月球探测再次被世人关注。在空间探索不断发展的背景下，载人登月必将会在未来的某个时间再次登上舞台。着陆月球、月面活动、起飞上升等过程都离不开控制技术，文中在介绍早期载人登月与近些年月球探测成果后，分析未来我国载人登月任务的构想，探讨其中至关重要的控制技术，提出几点发展展望。     

航天器控制系统的自主诊断重构技术

自主诊断重构是确保航天器控制系统安全可靠自主运行的关键技术之一.本文针对航天器资源严重受限的客观情况,改变传统一味追求华丽算法与豪华配置的设计理念,从航天器的自身特性出发,深入挖掘诊断重构问题的本质,提出基于可诊断性与可重构性评价设计的研究思路.文章首先介绍了航天器自主诊断重构技术的发展现状,分析了当前技术的不足之处并探究了其深层原因;然后,提出了通过可诊断性与可重构性评价设计从根本上提高系统自主诊断重构能力的全新思路,梳理了其研究内容与研究概况;最后,对航天器控制系统自主诊断重构技术的发展趋势进行了展望.     

多次行星借力的小推力飞行控制策略研究

针对小推力深空探测器采用多次行星借力的飞行控制策略优化问题,文章提出了一种将推进段作为整体与滑行段进行打靶拼接的方法,最大限度地减少了优化设计时的待优化参数个数.首先,文章给出了小推力飞行轨道的间接优化设计模型和基于B平面理论的行星借力模型.随后,建立了给定开关机时序条件下的小推力借力飞行控制策略优化模型;最后,采用遗传算法和序列二次规划算法循环对该模型进行优化求解,并以地球–金星–地球–木星小推力飞行轨道控制策略优化设计为例进行仿真分析,仿真结果验证了优化模型的正确性和有效性,表明本文的研究方法可对小推力多次行星借力飞行的控制策略进行优化设计.     

考虑可靠性影响的受限系统可重构性量化评价

针对现有可重构性评价方法未充分考虑实际约束、难以反映重构潜力分布的合理性及缺乏可靠性分析等缺陷,提出一种考虑重构潜力分布与可靠性影响的能量及时间受限系统可重构性评价方法.首先,基于能耗最优控制,确定故障系统的最大可恢复状态域并优化其可靠度;然后,根据期望重构能力分布,对状态空间进行坐标同等化,得到各向等重要度的同等重构空间;其次,基于该空间的可恢复状态域体积,设计可重构性评价指标,并以精细积分法进行求解;再次,从系统设计和运行监测两阶段出发,介绍该指标的应用方式;最后,通过数值仿真,验证了所提方法的有效性,仿真结果表明,可重构性受时空因素的双重影响.     

卫星控制系统离散积分滑模容错控制

卫星控制系统是采样控制系统,对它来讲,不确定性离散系统容错控制方法非常重要.本文提出了一种离散积分滑模容错控制方案,用于调节动量轮有故障的卫星姿态,其主要部分是设计控制器和控制分配方法.本文对含有匹配和不匹配的不确定性的离散多输入多输出系统,设计了一种离散积分滑模控制器,分析了匹配的和不匹配的不确定性对闭环系统稳定性的影响,得出了系统状态的界.应用可达集方法确定控制分配方案时,本文改变可达集表面的搜索顺序,提高了求解速度.以五动量轮卫星模型为例,将本文方法应用于含多故障、健康因子不准确、匹配不确定性和不匹配不确定性的卫星控制系统中,理论和仿真的结果一致.     

面向稳定目标的深空探测器可重构性评价与自主重构设计

针对现有研究中缺乏指标指导深空探测器控制系统重构策略设计的量化指标的问题,本文研究了在资源受限且不可维修的条件下,面向稳定目标的深空探测器可重构性评价和自主重构设计问题。本文将在地面设计阶段考虑深空探测器控制系统的可重构性,并基于可重构性评价指标指导系统的自主重构控制方法,从设计角度提高深空探测器控制系统运行质量。首先通过左右互质分解的技术手段,基于稳定性目标,定量地给出了系统可重构性指标,描述并评价了深空探测器控制系统的重构能力;然后基于所得指标,为控制系统重构设计提供理论参考依据;最后通过数值仿真证明了该方法的有效性和正确性。