洛仑兹力太阳同步轨道的分析与仿真

人造卫星由于带静电而在地球磁场中受到洛仑兹力。调节卫星的带电量可以形成特殊的太阳同步轨道,不受轨道高度和倾角的约束。利用高斯方程推导了轨道根数的长期变化,考虑了地球磁场与自转轴不重合以及随地球旋转的效应。对洛仑兹力太阳同步轨道进行了分析,为满足任意轨道高度和倾角组合的太阳同步轨道对卫星带电量的需求,当轨道倾角小于10度和大于170度,保持洛仑兹力太阳同步轨道所需的带电量在地球每个自转周期内某一时刻会出现无穷大的奇点。设计了倾角为90度的理想极轨轨道,轨道节线进动速率可以通过带电量来调节,实现了卫星轨道降交点地方时的有序控制,从而能够对目标区域实现连续地方时变化的观测,有利于战场实时需要。最后,利用数值仿真对结果的准确性进行了验证。     

卫星在降交点地方时不变的最优轨道转移研究北大核心CSCD

卫星在运行时要求降交点地方保持不变,而在卫星变轨前后降交点地方时不变情况下要用有限推力燃料达到最优异面轨道转移问题。针对降交点地方时不变、有限推力等难点,利用虚拟目标卫星的概念,建立了轨道转移的相对运动模型,提出了保证降交点位置不变的变轨初始条件;基于极小值原理将燃料最优变轨问题转化为两点边值问题,并采用共轭梯度法进行数值求解。针对变轨时间固定、连续推力情况,以总冲最小、满足各种约束为指标,进行了异面转移轨道的优化设计验证。仿真结果验证了卫星轨道转移策略和算法达到最优转移。     

变结构推理控制系统的设计

推理控制具有良好的抗扰能力和稳态性能，但是需要模型的误差在一定的范围内，而变结构控制对系统参数变化不敏感，具有较好的鲁棒性。该文通过分析，采用降维状态观测器，获取被控对象的状态，并与模型状态相比较而产生的状态误差，结合变结构控制律的设计方法，设计了一个变结构推理控制系统，降低了推理控制对模型精度的要求，只要将变结构控制产生的抖振控制在允许的范围内，就可改善系统控制性能，仿真例子说明了方法的有效性。     

非太阳同步重访干涉轨道设计与摄动影响分析

为了满足合成孔径雷达(SAR)卫星大型星座任意轨道面都可保持长期重访干涉的需求,提出了一种通用的非太阳同步重访干涉参考轨道设计方法,将重访周期作为修正变量之一,采用迭代修正方法得到了高精度动力学模型下的任意轨道倾角的参考轨道。仿真分析给出了一定轨道高度范围内所有候选的参考轨道,并指出了不同轨道倾角、相同重访圈数的参考轨道高度的明显变化,为实际任务的轨道筛选提供了参考。此外,针对日、月引力摄动对轨道倾角的影响进行了详细分析,指出了中低轨道倾角的非太阳同步轨道所需轨道保持控制的代价非常小,完全可以保持长期重访干涉。     

Halo轨道编队保持控制方法及仿真分析

开发深空探测,研究对近地建立空间站.针对地月L1点空间站与绕飞航天器的构型保持控制问题,共线平动点附近的运动具有较强的不稳定性,太阳引力摄动对Halo轨道编队构型具有较大的影响.为实现Halo轨道编队的稳定飞行,根据Floquet模态理论设计了Halo轨道编队保持控制器,在分析消除模态4最优控制策略的基础上,研究了Fioquet模态之间的内在耦合关系,进一步提出了模态相消控制策略,降低了保持控制燃耗.在限制四体模型下,对太阳引力摄动下的Halo轨道编队保持控制问题进行了数值仿真,仿真结果表明:保持控制器可实现Halo轨道编队相对运动构型保持,且具有较高的控制精度,不存在误差积累现象.     

太阳同步轨道卫星帆板对日定向控制与仿真

航天器所需能源南太阳能帆板提供.针对单翼、单自由度、匀速驱动的太阳同步轨道卫星帆板的对日定向控制问题,研究了轨道偏心率、地球非球形摄动、日月引力、大气阻力、太阳光乐等因素对卫星帆板对日定向精度的影响作用规律,为了提高对日帆板的定位控制精度,提出了在摄动影响下,采用线性拟合的方法,通过合理设置卫星帆板的驱动速度,延长卫星对日定向姿态的稳定时间.仿真结果表明,提出的方法简单易行,能够确保卫星帆板对日定向精度较长时间保持在允许范围内,在提高卫星帆板受晒效率的同时,减少了卫星帆板调整的次数.     

遥感卫星小推力轨道转移控制

在太阳同步回归轨道遥感卫星的小推力轨道转移控制问题的研究中,小推力推进与化学推进方式有本质不同,不能再用速度脉冲的方法来设计轨道.针对推力方式不同的问题,采用了一组无奇点的春分点根数表示小推力卫星的动力学模型,从最优控制理论出发,给出了协态变量微分方程和最优推力方向,将轨道转移问题转化为非线性参数优化问题,利用非线性序列二次型规划法求解.对遥感卫星在1天回归和10天回归轨道之间的转移控制问题进行仿真,证明了方法的有效性.     

低轨编队卫星构形保持的模糊PID控制

近地轨道上的编队卫星,大气摄动和J2项摄动是影响编队构形的主要因素,编队会造成卫星编队构形产生沿航迹方向漂移,导致队形发散,面质比差直接决定了漂移的方向和速度。因此可以通过调整面质比差消除漂移。可以相对队形绕飞中心的漂移距离为输入量,以卫星面质比差为控制量,用模糊控制和PID控制相结合设计控制器消除编队构形的航迹引起的漂移,实现PID参数的自寻优模糊控制。仿真利用MATLAB链接STK实现模糊PID控制的仿真,结果表明,对于两颗卫星构成的构形长半轴为10km的共面绕飞椭圆,相对构形沿航迹漂移距离能够控制在40m之内,实现了设计要求。     

基于模糊PID的电梯升降速度自动控制方法

针对现有控制方法对电梯升降速度进行控制时存在噪声大、运行速差超过允许范围的问题,本文基于模糊PID的电梯升降速度自动控制方法进行设计研究。文章首先引入数学思想建立电梯模型,计算电梯在最恶劣运行条件下电动机的最大功率;然后结合模糊PID,在电梯当中增加降速度自动模糊控制器;最后利用修正后的电梯升降速度控制规则,实现对电梯升降速度的控制。通过对比实验证明,本文设计的新的控制方法在实际应用中能够有效降低电梯运行时产生的噪声,并将电梯运行速差控制在合理范围内,可有效提高电梯升降速度的控制精度。     

再磨过程泵池液位区间与给矿压力模糊切换控制

赤铁矿再磨过程泵池液位受到大的随机干扰的影响, 造成泵池液位波动大, 采用已有的再磨过程泵池液位定值闭环控制方法, 必然会造成矿浆泵转速在大范围内频繁变化, 从而使给矿压力频繁波动在工艺规定的范围之外, 降低了旋流器的分级效率. 本文提出了由泵池液位区间控制和给矿压力回路控制组成的模糊切换控制方法, 泵池液位区间控制通过对给矿压力设定值保持器和模糊补偿器的切换, 将给矿压力设定值控制在所允许的波动范围内; 通过给矿压力PI回路控制器跟踪其设定值, 从而将泵池液位控制在目标值范围内, 并将给矿压力的波动控制在允许的范围内. 在国内某大型赤铁矿选矿厂的成功应用, 表明采用该方法有效减少了泵池液位和给矿压力的波动, 使得再磨过程安全运行, 提高了旋流器分级效率.     

卫星高度计轨道设计的因素分析

卫星高度计轨道的选取需要综合考虑到轨道高度、偏心率、轨道倾角和重复周期等多种因素。对高度计轨道设计中涉及的诸多因素,以及高度计的采样模式进行了分析。通过对多颗高度计轨道设计标准的描述,重点分析了T/P高度计轨道参数的选择。在此基础上,提出了我国HY-2卫星高度计轨道设计的技术方案。     

轨道摄动对航天器角动量管理的影响和补偿

三轴主惯量接近的航天器长期在轨采用惯性系的角动量管理,使用垂直于轨道面的某一主惯性轴为Y轴,建立参考的惯性系进行控制器设计,轨道摄动使轨道长周期项与时间呈近似线性关系,导致控制器输出线性累加.针对此问题,分析轨道摄动导致控制律失效的原因,参考内模原理扩维方程,重新设计最优控制方法进行惯性系的角动量管理.通过半物理仿真表明了摄动补偿方法的可行性,且角动量和姿态长期稳定性均优于补偿前.     

卫星姿轨控分系统仿真测试平台的设计与实现

卫星控制分系统地面测试系统的设计是姿轨控分系统设计的重要部分。本文经软、硬件的充分论证后给出了基于PXI总线的硬件采集系统和XPC软件仿真环境下的卫星姿轨控系统综合仿真测试的设计方案,并结合某型号卫星姿轨控分系统的测试需求进行具体的项目开发;实践表明该测试系统具有较强的可扩展性和二次开发能力、结构灵活、体积小、测量精度高、抗干扰能力强等优点,可以应用于相应的中低轨道卫星的控制分系统测试。     

自适应EWMA控制图统计经济设计

针对自适应指数加权移动平均(AEWMA) 控制图统计经济设计问题, 给出AEWMA控制图统计经济设计模型, 提出一种在偏移区间上对AEWMA控制图进行设计的多目标优化方法. 针对不同的偏移区间优化了AEWMA控制图, 并将AEWMA控制图统计经济性能与指数加权移动平均(EWMA) 控制图相比较. 结果表明, 所提出方法优化设计的AEWMA控制图仍具有克服EWMA控制图的惯性问题的统计特性, AEWMA控制图的经济性能也优于EWMA控制图.

     

Coupled Orbit-attitude Saturated Control for Solar Sail in Earth-Moon 3-body System

This paper aims to investigate a coupled orbit-attitude control strategy for a kind of novel spacecraft, solar sail, to track the given orbit in Earth-Moon 3-Body dynamic environment in presence of the matched and mismatched disturbances, attitude control saturation, orbital modeling error and parametric uncertainties. A cascaded triple-loop control structure is proposed to deal with the strong couplings between the orbit and attitude systems. The inner loop focusing on the orbital effects on attitude dynamics, an adaptive saturation controller is proposed to achieve attitude angular tracking, where the uncertain inertia, unknown matched disturbance and saturated attitude control torque are compensated by combining the unknown knowledge. The middle loop is to handle the orbit effects on attitude kinematics facing the mismatched disturbance. In the outer loop, the effects of attitude system on orbit dynamics are deal with, where an adaptive orbit controller is designed considering the uncertain optical parameter and orbital modeling error. The proposed control structure efficiently simplifies the coupled orbit-attitude control design for solar sail. In contrast to traditional coupled controllers for solar sail, the proposed control laws do not require exact knowledge of parametric uncertainties, disturbances and orbit modeling errors. The combination of unknown information reduces the number of estimated parameters as well. The numerical simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy.

     

Washing when the sun is shining! How users interact with a household energy management system

To make optimal use of sustainable energy, domestic electricity consumption should shift to match local supply conditions. Energy management systems (EMS) are a new sustainable technology that can help to disrupt consumers’ habits concerning electricity consumption, whilst reinforcing desired behaviours. This research examined the factors that influence the likelihood that people will shift their electricity consumption to match sustainable supply. Twenty-one interviews were conducted with households who had used the EMS ‘Smart Wash’ for several months. The findings showed that the likelihood of behaviour change is influenced by a combination of the user's motivation, specific contextual factors and the design of the EMS. Based on these results, several recommendations are given for the future design of EMSs.

Practitioner Summary: Energy management systems (EMS) are a new technology that encourages people to shift electricity consumption to match local solar supply. Interviews among users of an EMS showed that the likelihood of behaviour change is influenced by the combination of the user's motivation, contextual factors and the EMS design.     

基于STK跟踪与数据中继卫星轨道设计与仿真

发展跟踪与数据中继卫星对于构建天基测控网有着重要意义.概述了跟踪与数据中继卫星的定义与任务,阐述了跟踪与数据中继卫星通常选择的轨道,分析了地球静止轨道(GEO)中继卫星的地面覆盖特性和两颗GEO星组网的轨道覆盖盲区,以及中低轨卫星组网的步骤.提出了利用STK仿真分析中继卫星星座构形的方法,设计了基于STK的适合我国的地球静止轨道、大椭圆轨道、近圆轨道三种轨道的中继卫星星座与中低轨用户星的可见性仿真试验,通过对仿真结果的分析提出了我国中继卫星星座构形的初步设想.     

5G低轨卫星移动通信系统多普勒频偏估计算法

随着卫星移动通信系统近些年来的快速发展,高传输速率、广泛覆盖范围、较低的传输时延以及较强灵活性是新一代的5G低轨(LEO)卫星移动通信系统发展的要求,但是由于低轨卫星移动速度很快,产生的较大的多普勒频移。通过建立使用5G候选波形滤波的正交频分复用技术(F-OFDM)的新型低轨卫星移动通信系统,针对该新型系统设计一种新的多普勒频偏估计方法,首先借助卫星轨道的多普勒特性来计算整数多普勒频偏,第二步借助F-OFDM资源块中的导频信息来估计精确的多普勒频移。主要完成了5G低轨卫星移动通信系统模型的建立与算法在系统中的仿真来验证其实际性能,经过仿真可以得到,本算法与同类算法相比计算复杂度低且精度较高。     

航天器姿轨控制研究综述:微分几何控制方法

作为空间任务顺利执行的关键技术,航天器姿态和轨道控制具有典型的非线性特征,其本质是对在矩阵李群SO (3)和SE (3)上演化的动态系统进行控制.与传统的参数化模型相比,航天器的矩阵李群模型对姿轨表征具有全局性、非奇异性和唯一性等固有优势,为控制设计提供了数学简洁、精度高、适用性好的模型基础.因此,近年来基于微分几何控制方法直接对其进行系统分析和控制设计的研究逐渐兴起,取得了一系列突破性成果.鉴于此,首先,系统地论述微分几何控制理论在航天器姿轨控制应用中的研究现状和进展;然后,面向空间任务的实际需要,分别对基于矩阵李群模型的单体航天器姿态控制、姿轨耦合控制、网络化航天器集群姿轨协同控制3个技术方向加以讨论;最后,对上述研究领域中存在的难题和挑战进行总结,并对未来发展方向进行展望.