火星探测器转移轨道的自主导航方法

本文针对转移轨道火星探测器对自主导航的迫切需求,提出了一种基于小行星和X射线脉冲星交互观测的自主导航方法,并结合工程任务对上述量测信息的获取方式和获取条件进行了研究,仿真结果表明,与单独基于小行星或单独基于X射线脉冲星观测的自主导航系统相比,该方法不仅可获得更高的导航精度,为转移轨道中途修正提供准确的轨道信息,且工程实现简单,是一种可行的转移轨道火星探测器自主导航方案,可为我国火星探测器自主导航系统的设计提供参考.     

SGCMGs驱动的挠性航天器有限时间自适应鲁棒控制

针对挠性航天器系统中同时存在单框架控制力矩陀螺群(Single gimbaled control moment gyroscopes, SGCMGs) 摩擦非线性、电磁干扰力矩、惯量摄动以及外部干扰等问题, 提出了一种有限时间自适应鲁棒控制(Finite-time adaptive robust control, FTARC) 方法. 针对系统中存在未知参数的情况, 分别设计自适应更新律, 使得控制器的设计不依赖参数信息, 同时减小外部干扰对系统的不利影响. 应用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统姿态角误差和姿态角速度误差可在有限时间内收敛到原点附近的邻域内. 仿真结果表明, 所提控制律可实现挠性航天器姿态快速机动, 并获得甚高指向精度.     

带未知干扰的模块化航天器系统相对轨道的队形控制

基于多智能体系统一致性理论,在有向拓扑结构中对模块化航天器相对轨道的队形控制问题进行研究.考虑与状态相关的未知外部干扰,在存在模块质量不确定性的情形下,基于自适应增益技术,设计仅依赖模块自身及其邻近模块信息的分布式控制算法,并通过Lyapunov稳定性方法证明闭环系统是渐近稳定的.最后在Matlab/Simulink中对6个模块组成的模块化航天器系统的队形进行仿真分析,仿真结果表明所设计的控制律是有效且可行的.     

Angles-only relative navigation in highly elliptical orbits

For angles-only relative navigation system only measures line-of-sight information,there are inherent problems in the ability to determine the range between Chaser and Target. Angles-only relative navigation is an attractive alternative for inspecting or rendezvous with noncooperative target,if adequate accuracy can be achieved. Angles-only relative navigation model considering J2 perturbation is presented for tracking and rendezvous with noncooperative target in highly elliptical orbit. Impulsive out-of-plane maneuvers of the Chaser are used to improve the navigation accuracy. The first impulse burns in cross-track directions to change the orbit inclination of the Chaser. The second impulse burns after one orbit period to change the orbit of the Chaser back. The simulation results show that the relative navigation system without maneuvers can’t correct the initial state errors,while impulsive out-ofplane maneuvers of the Chaser improves the navigation accuracy. Angles-only relative navigation with chaser vehicle maneuvers to improve observability is effective when the spacecrafts are in highly elliptical orbits.     

充液航天器的鲁棒固定时间终端滑模容错控制

本文以三轴稳定充液航天器为研究背景,在其进行姿态机动控制过程中充分考虑了外部未知干扰、参数不确定、执行器故障和控制输入饱和等因素的影响,提出了一种固定时间终端滑模控制策略.动力学建模过程中,利用粘性球摆等效力学模型模拟液体燃料小幅晃动,通过拉格朗日方程推导出航天器的耦合动力学模型.姿态控制器设计过程中,首先构造固定时间滑模面,使其稳定到平衡位置的时间与系统初始状态无关.然后采用固定时间控制理论结合自适应估计算法提出了自适应固定时间容错控制律,其中自适应算法用于估计系统集总扰动的未知上界.所提出的控制策略采用饱和函数克服终端滑模控制方案中存在的奇异性问题,同时保证系统状态快速收敛到固定时间滑模面.根据Lyapunov稳定性理论证明了系统状态能够在固定时间内收敛到原点的较小邻域内.对比的数值仿真方法验证了本文提出控制方法的有效性和鲁棒性.     

基于STM32的航天器电气负载监控系统设计

针对传统电气负载监控系统通信纠错率较低,造成航天器电气负载监控准确率较差的问题,基于STM32设计一种新的航天器电气负载监控系统;分别设计电气负载监控系统的硬件和软件;系统硬件主要设计了嵌入式数据接口以及外接设备、驱动芯片以及监控继电器控制模块,WLAN驱动芯片能够有效降低成本和功耗,提高通信速率;通过电气负载监控执行实现软件功能,建立电力负载管理中心软件,提高监控系统的通信能力,提升负载监控的准确性;实验结果表明,基于STM32的航天器电气负载监控系统通信纠错率平均值为92%,航天器电气负载监控过程误差较小,具有一定的实际应用性。     

执行器故障与饱和受限的航天器滑模容错控制

针对航天器姿态控制过程中同时存在执行器故障、安装偏差与控制受限的多约束问题,提出一种基于积分滑模面的自适应鲁棒姿态容错控制方法,所设计的控制器在满足执行器控制能力的饱和受限约束的条件下确保系统稳定;同时,通过引入控制参数在线自适应学习策略以提高对干扰、安装偏差以及故障变化的鲁棒性,进而减小对这些信息的依赖能力,并基于Lyapunov方法分析了系统稳定性.通过数值仿真结果表明,提出的自适应积分滑模容错控制算法能有效的保证执行器故障时航天器姿态控制系统的稳定性,并具有较强的鲁棒性.     

一种基于并联机构的航天器姿态模拟装置的设计开发

航天器发射升空前进行地面测试和试验是航天器研制过程中的重要环节。文中针对一种基于并联机构的姿态模拟装置的设计开发,从位置分析、速度分析和虚拟样机的建造和仿真分析等方面对3UPS-PU并联机构进行研究,完成姿态模拟装置的设计,为航天器装配、试验和测试设备的设计提供一种新的思路。     

基于机械臂运动的组合航天器惯性参数在轨辨识

随着空间技术发展,交会对接任务越来越多,服务航天器与目标航天器对接形成组合航天器后惯性参数会发生明显变化。因此,提出一种基于机械臂运动的组合航天器惯性参数在轨辨识方法。该方法可以分为2步:第一步辨识组合航天器的质量和质心;第二步辨识组合航天器的惯性张量。该方法优点是实现了质量、质心与惯性张量等辨识参数的相互解耦,不需要消耗航天器上宝贵的喷气燃料,仅需要测量航天器的速度,而不是加速度和力。仿真结果验证了方法的有效性。     

MEMS陀螺在航天器控制系统中的应用评述

在分析MEMS陀螺在空间应用优势基础上,对MEMS陀螺的空间适应性进行了分析,提出了其在空间系统中的应用途径,通过国内外应用情况表明:MEMS陀螺能够广泛应用于航天器控制系统,并随着工艺水平的提高,将成为航天器控制系统的最佳选择.