切换有向拓扑中的网络化Euler-Lagrange系统自适应同步控制

在动态切换拓扑中研究了带有参数不确定性和单向信息交互的网络化Euler-Lagrange系统的协同控制问题.针对通信拓扑随时间变化的问题,利用有效的局部信息交互设计了一个分布式控制律,并利用自适应技术解决了系统动力学中的参数不确定性问题.通过构造一个连续的Lyapunov函数,证明了系统在切换拓扑的并图存在一棵有向生成树的频率足够高时即可实现网络同步.此外,进一步拓展使用简单的干扰观测器或滑模控制方法进一步研究了该协同策略下的干扰抑制问题.最后,以五颗异构航天器的姿态同步为背景,通过数值仿真及其对照说明了所提合作控制策略的有效性.     

基于磁强计和陀螺测量的卫星轨道姿态一体化确定算法

突破卫星轨道和姿态参数分别确定分而治之的传统模式,提出了利用磁强计和陀螺测量信息同时确定卫星轨道和姿态参数的新方法。利用磁强计提供的地磁场测量值与地磁场模型计算值之间的差值,以及陀螺提供的角速度信息,推导了轨道姿态一体化确定扩展卡尔曼滤波算法。利用局部可观测性理论定量地计算系统局部可观测矩阵的条件数,进而利用该条件数对系统的可观测性进行深入分析。最后对本文算法进行了数学仿真,结果表明该算法的可行性和有效性。     

Drag-free卫星编队的发展现状和趋势研究

分析了Drag-free卫星编队的发展历程,就动力学建模与系统控制方法进行了综合调研和分析,提出了Drag-free卫星编队的应用前景和需要解决的关键技术,为我国未来空间环境与空间天气等超高精密探测奠定一定的基础.     

带有干扰观测器的凝视航天器姿态变结构控制

研究了实现对地凝视观测时的航天器姿态控制问题.首先介绍了对地凝视模式及其成像优点,继而推导出实现对地凝视的期望姿态四元数和期望角速度,在此基础上得到姿态相对动力学和运动学方程;考虑到提高凝视成像精度、延长成像时间的要求,设计了一种变结构控制律,并采用干扰观测器的方法来抑制变结构控制的固有振颤,提高控制效果,并对这种方法和传统控制方法进行了比较.仿真结果表明,在实现对地凝视的姿态控制过程中,设计的控制器响应速度更快,具有更好的鲁棒性,并减弱了变结构控制的振颤问题.     

简谐激励下一类干摩擦振子的响应计算

本文提出了计算简谐激励下一类干摩擦振子系统响应的解析方法,振子系统的摩擦力用含有限个Jenkins单元的Iwan模型描述。针对力-位移之间的分段线性关系,对振子运动逐段进行分析,并给出了各阶段内的系统的振动方程,最后通过变量代换,获得了方程的解析解. 由于每个阶段解的初值均由位移和速度的连续性条件得到,因此顺次求得各线性阶段中响应便获得了整个时域上的响应. 仿真结果表明,随着外激励量级的递增,接触面出现滑移,使得接触刚度减小,因而系统幅频曲线峰值明显左移;另一方面,系统的等效粘性阻尼会随着激励量级的递增而先增大后减小.     

基于傅里叶级数的小推力航天器快速轨迹设计

为了满足小推力航天器交会轨迹的快速性设计需求,基于形状逼近理论,设计了一种三维轨迹模型.将轨迹设计问题转换为求解傅里叶级数的系数问题,避免了轨迹运动方程非线性强、难以求解的难题,极大地提高了计算效率.考虑到推力加速度的限制,建立了加速度约束方程,并结合轨迹的运动方程,给出了傅里叶级数的求解过程.同时根据边界条件和最大推力加速度值,定性地分析了傅里叶系数的存在条件.仿真验证了该方法的正确性和可行性,并从计算效率上与高斯伪谱法进行了对比,结果表明本文的方法计算耗时仅为高斯伪谱法的0.67%.     

近地轨道电磁编队飞行相对轨道动力学建模

本文将电磁力引入编队飞行应用中,在考虑地球扁率和大气摄动情况下,建立了电磁编队飞行相对轨道动力学模型.基于磁偶极子假设,推导了编队飞行任意两颗卫星间电磁力模型,采用Hill方程的形式给出了电磁编队飞行的相对轨道动力学表述.分别对编队飞行任意两颗卫星间电磁力、大气阻力以及地球扁率摄动进行线性化,得到了电磁编队飞行线性化相对轨道动力学模型.仿真结果表明,线性化相对轨道动力学模型合理可行,与非线性模型相比,运行3圈后误差为0.05～5 m,误差主要来自于电磁力线性化.     

一种面向任务优化的多核心星务管理系统设计

为进一步提升小卫星的数据处理能力,对星载电子系统进行了优化设计.在现有可重构星务管理系统的基础上,提出一种多核心处理器星务管理系统设计方法.结合多核心处理器特点,按照硬件资源以及任务模式对星务管理系统的传统任务划分方法进行优化,将单一处理器任务集中处理的模式分解为主、协处理器双核任务处理模式.与哈尔滨工业大学试验卫星三号星载计算机的功能对比表明,多核心可重构星务管理系统在运算速度、控制计算精度方面优于传统的星务管理系统处理方式,有能力替代现有的星载计算机成为未来微型航天器的核心.     

与非合作目标交会的多约束有限时间最优控制

针对拦截卫星的末端轨道拦截任务,研究了基于状态反馈的轨道控制器设计方法.考虑系统参数不确定性,建立了相对运动模型.同时考虑系统有限时间二次型性能指标、控制输入限幅和极点配置,提出了多约束条件的控制器设计问题并给出了控制器的设计方法.该方法采用线性不等式技术,根据Lyapunov稳定定理推导出控制器存在的充分条件,并将控制器的设计转化为一个凸优化问题进行求解.仿真结果表明,设计的控制器能够使系统稳定,并且能在获得最优系统有限时间性能的同时满足控制输入限幅和极点区域限制.     

多刚体滑模姿态协调控制

本文研究了多刚体分布式姿态协调控制问题．基于图论和滑模控制理论,针对修正罗德里格参数描述的姿态跟踪控制系统,设计了滑模姿态协调控制律．首先引入图拉普拉斯矩阵,采用Lyapunov稳定性分析方法设计了滑模面．然后在干扰存在时设计了滑模姿态控制算法,并在转动惯量不确定存在时研究了控制算法的鲁棒性．最后对给出的算法进行了数值仿真,其结果验证了所提出的多刚体滑模姿态协调控制算法的可行的、有效的．