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.     

基于解析控制律的太阳帆星际转移轨道控制

太阳帆航天器可依靠反射太阳光子提供动力,因此较适用于远距离的星际转移任务.针对太阳帆航天器星际转移轨道控制问题,提出一种新的解析最优控制律,通过设定混合权重对各轨道根数进行联合控制.引入改进春分点轨道根数对解析控制律进行了优化推导,并以水星探测任务为背景进行了相应的仿真分析.仿真结果表明,该控制律计算速度较快,可对各个轨道根数进行联合控制,从而得到满足工程要求的太阳帆航天器星际转移轨道.     

登月软着陆轨道优化算法研究

月球软着陆轨道优化是月球探测中的关键技术之一,研究了基于燃料最优的定常推力月球探测器软着陆轨道优化问题.在优化算法中,首先对软着陆轨道动力学方程做归一化处理,经过将软着陆轨道离散化,应用函数逼近法拟合推力控制角,从而将轨道优化问题转化为参数优化问题,最后设计了蛙跳算法作为搜索优化方法.仿真结果表明设计的轨道较好地满足了所要求的约束条件,同时蛙跳算法具有很高的优化精度,并且应用比较简便,可以应用于登月软着陆的轨道优化设计任务.     

太阳帆航天器地球逃逸轨道解析最优控制律

针对太阳帆航天器地球逃逸轨道控制问题,给出一种新的解析最优控制律.该控制律可使航天器在逃逸过程中轨道能量变化速率最大,从而保证逃逸时间最短.考虑到地球逃逸轨道形状,引入改进春分点轨道根数对航天器运动学方程进行描述,并给出了地球逃逸轨道最优控制律的推导过程.仿真分析表明,该控制律计算速度较快,而且可以根据航天器状态实时计算姿态控制角,因此比较适用于未来太阳帆航天器在轨自主控制系统.     

火星探测器制动捕获多目标优化策略

本文提出了一种基于动态加权算法的火星探测器制动捕获多目标优化策略,该策略在火星探测器制动捕获过程中同时考虑制动目标轨道精度和燃料消耗,相对于传统的捕获策略,具有同等运算量下更易收敛到最优解的优势.本文以制动推力方向沿火星探测器速度反向的制动捕获方法为例,首先,描述了有限推力下火星探测器的制动捕获问题,然后,针对优化模型的非线性动态耦合特性,研究了基于自适应参数调整的动态PSO算法,最后,应用动态PSO算法和动态加权算法,设计了火星探测器制动捕获多目标优化策略.仿真分析表明,相比于传统的单目标优化策略,本文设计的火星探测器制动捕获多目标优化策略,不仅能够满足精度要求,而且更容易得到燃料相对最优值,减少燃料消耗.因此具有一定的研究和应用价值.     

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.     

含弱阻尼空间结构的耦合动力学保结构分析

大型空间结构的平面运动、姿态变化和结构振动影响着其在轨运行的工作精度、效率和寿命.针对太阳帆塔空间太阳能电站,根据其设计方案的结构特征,简化得到轨道平面内的梁 弹簧 梁模型.考虑系统中存在的弱阻尼作用,建立了耦合系统的动力学控制方程,采用辛Runge Kutta和广义多辛结合的复合保结构方法,对系统的耦合动力学行为和阻尼作用进行了分析.研究发现,弱阻尼作用对空间结构轨道变化存在微小影响,其值与轨道半径的比值在10-8量级.姿态角的变化会导致系统非刚性构件的形变变化.研究工作拓展了保结构方法在复杂空间结构动力学问题中的应用,为复杂系统结构的设计和主动控制提供了理论参考.     

小推力轨道转移快速优化设计

在研究电推进系统中,为满足小推力转移轨道高精度在线生成的要求,伪光谱方法在电推进小推力轨道转移优化设计中的应用。首先对小推力航天器轨道转移最优控制问题模型进行无量纲化处理,以提高优化算法求解精度。然后采用基于勒让德-高斯-兰伯特配置点的勒让德伪光谱方法,将最优控制问题离散成约束参数优化问题,再利用适于求解大尺度非线性规划问题的TOMLAB/SNOPT优化软件包进行求解。通过数值仿真计算,求解生成了满足各类约束条件的小推力转移轨道,并利用余向量映射定理及极小值原理验证了所得轨道转移控制量的最优性。结果表明,勒让德伪光谱优化算法具有对初始猜测值不敏感、收敛速度快、精度高等优点。     

基于地平/恒星的GEO航天器自主导航仿真分析

研究航天器自主导航的优化测试问题,针对我国的GEO轨道及施加小推力后的航天器自主导航的研究却很少.对GEO轨道航天器来说,若其不在我国测站测控范围内,则难以实现轨道测控.针对上述问题,提出采用地平仪和星敏感器的自主导航方案.同时,考虑众多的GEO轨道航天器采用高比冲电推进技术用于位置保持以及寿命末期离轨,还研究了在沿轨道速度方向连续小推力作用期间的自主导航问题.通过仿真,结果表明采用地平仪和星敏感器以及推广卡尔曼滤波的自主导航方法可以适用于GEO轨道航天器.     

基于混合粒子群算法的远程机动轨道优化设计

研究了粒子群算法在空间飞行器连续推力轨道机动最优化问题.为优化空间飞行器轨道,给出了空间飞行器轨道机动最优化控制问题模型,运动方程用地心惯性坐标系下建立;性能指标选为轨道机动过程中时间最小;控制变量为推力攻角;终端状态受到位置和速度的约束.针对粒子群算法的缺点,提出混合粒子群算法,即将全局寻优能力强的粒子群算法和局部寻优能力强的非线性规划相结合,以提高算法的搜索精度和收敛速度.并将其应用于连续推力空间飞行器轨道机动优化之中.仿真表明混合粒子群算法对于空间飞行器远程机动轨道初始参数取值不敏感,具有一定的鲁棒性,生成的轨道能够较好地满足各种约束条件,并可以应用于空间飞行器连续推力轨道最优机动问题的求解.