一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度模型及优化算法

基于空间燃料站的在轨加注任务作为未来轨道运输系统的新模式,为未来航天器在轨服务任务提供了有效的选择。本文针对多GEO目标航天器在轨加注任务,将空间燃料站技术与传统"一对多"在轨加注技术相结合,提出一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度模型。模型中,考虑了服务航天器可重复利用与自身携带的燃料限制,结合轨道机动与交会问题,通过对双脉冲轨道转移的分析与求解,获得轨道转移速度增量和转移时间等目标优化参数。在此基础上,针对多目标优化问题,根据调度模型的速度增量、时间等待优化变量的对应与约束关系,面向多GEO目标航天器,设计了一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务多目标优化算法。该算法利用设置断点的方式改进了遗传算法对加注任务调度及其多目标优化问题的求解方法,获得了服务航天器在需往返燃料站时,优化的燃料消耗、服务顺序及该顺序下的时间分配策略。以10颗GEO圆轨道目标航天器的在轨加注任务为例,进行了数值仿真计算。结果表明算法能够解决加入空间燃料站对传统在轨加注任务调度的影响。     

基于整数规划的在轨服务任务指派问题研究

在轨服务任务指派问题对于提高多颗服务航天器之间的协同工作效率具有十分重要的意义。针对该问题的特点,提出了求解在轨服务任务指派问题的多目标整数规划方法,通过设计决策变量和形式化各种约束条件,建立了在轨服务任务指派问题的数学模型,给出了仿真求解算法,并进行了仿真验证与分析,仿真结果表明该模型可以较好地解决在轨服务中的任务指派问题。     

基于MAS的在轨服务航天器任务分派研究

针对分派在轨服务航天器(on-orbit servicing spacecrafts,OOSS)为地球静止轨道航天器提供服务的问题,建立了基于合同网协议的多Agent模型.首先设计了在轨服务航天器任务分派的多Agent模型结构,描述了各Agent模型的功能.其次,给出了服务母航天器确定评标准则和机动策略的方法,设计了服务子航天器的投标流程.最后,进行了算例仿真分析.     

面向装备保障仿真的机动行为模型研究

以装备保障仿真为研究背景,结合机动过程中的地形和道路状况、天候条件、敌情威胁等影响因素,自主确定机动路线、机动速度、机动方向和空间状态转移,建立了装备保障智能体的机动行为模型。研究结果对解决装备保障仿真中机动模型的逼真度具有一定的参考价值和指导意义。     

面向在轨测量任务的伴飞机器人三维仿真系统

为了避免空间伴飞机器人末端探测器与自身载体或者与待测航天器之间发生碰撞,在实际进行在轨测量之前,需要对其末端探测器轨迹规划方法进行充分的三维图形仿真.针对现有空间机器人地面仿真系统不能可视化的问题,设计了一种基于虚拟现实技术的三维仿真系统.首先,建立了基于Open Inventor的空间机器人三维实体几何模型,并构建反应空间机器人逻辑位置的三维仿真场景.然后,基于数据传输技术和构建的三维仿真场景建立了空间机器人可视化三维仿真系统.最后,建立空间机器人运动学模型并对空间机器人末端执行器跟踪的圆弧轨迹进行规划.仿真结果表明,利用该系统可直观得到空间机器人的运动过程以及空间机器人载体的运动特性,有利于空间机器人的轨迹规划和控制算法的仿真研究,可避免因不当轨迹规划而造成空间机器人发生碰撞.     

在轨服务飞行器机械臂系统运动规划

为了研究在轨服务飞行器机械臂系统的运动特点,控制和规划其运行轨迹,文中将系统运动守恒模型转化为以关节角速度为控制输入变量的非线性控制系统状态方程,确定以能耗最小为主要目标,同时满足初末位置、角速度等约束条件的多种目标函数,运用实数编码的遗传算法求解最优控制变量.利用机械臂从初始位形运动至指定终端位形的过程为仿真算例,验证了这种规划算法的可行性,同时分析了机械臂系统运动对基座的扰动情况.仿真结果表明,该算法能够用于控制和规划在轨服务飞行器机械臂系统的运行轨迹,为优化OSV的在轨服务操作提供理论参考.     

多目标群的在轨服务飞行器部署策略

为满足轨道分布较集中的多航天器目标群体的在轨服务需求,研究利用多艘在轨服务飞行器(OSV)的轨道组网,对目标所在空域实现完全覆盖.以各类导航星座群体所在连续空间范围的覆盖为算例,利用轨道动力学二体问题模型和立体几何学的空间截面关系,根据一定机动能力的服务飞行器的可达范围,得出多艘服务飞行器的轨道部署策略,实现对目标群所在空域的高度和倾角范围实现完全覆盖.这种确定多艘OSV数量和轨道分布的方法和步骤,为研究多OSV的空间部署和“多对多”轨道机动问题开辟了新的思路,具有一定的理论参考价值.     

空间机动平台在航天器维护保障中的应用前景

针对航天器故障损失巨大、传统在轨维护存在不足的问题,借鉴正在发展的自主在轨服务演示计划,运用归纳推理的方法,归纳了空间机动平台的能力特点。在此基础上,运用装备学的全寿命、全系统和全费用观点,并借鉴服务管理学的理论,得出了发展自主在轨服务意义重大的结论。     

基于STK的轨道机动视景仿真技术研究

随着空间平台相关应用的推进,其轨道机动技术已经成为研究的重点．为此在研究和分析卫星轨道机动原理的基础上,针对卫星执行特殊任务的需求,对卫星飞行轨道进行了分析与控制,使其能够根据需求进入目标轨道完成指定的任务,并利用STK分析模块提供的数据信息,进行了卫星变轨视景仿真的设计与实现,为未来空间机动平台应用能力的进一步研究提供数据支持．     

小卫星姿态大角度机动联合控制算法

由于星上能源需求、空间目标探测和地面目标跟踪定向的要求,小卫星必须具备姿态大角度机动能力。基于磁力矩器和反作用飞轮联合控制,提出了一种绕瞬时欧拉轴旋转的机动控制算法。该算法根据运动学原理规划姿态机动的时间最短轨迹设计控制器进行跟踪,以实现时间较短的姿态大角度机动控制。仿真结果表明,算法鲁棒性好,设计简单且易于在轨实时计算,显著减少了反作用飞轮在机动过程中的饱和机会。     

对偶四元数法求解自由浮动机器人运动学

在卫星维修,空间建造和轨道碎片清理等任务中,在轨服务机器人是最佳选择。在轨服务空间机器人通常由基座卫星和与其相连接的一个或多个机械臂组成。由于基座不固定,空间机械臂运动学比地面固定机械臂的情况要复杂得多。该文提出了一种求解在轨服务自由浮动机器人的运动学正逆解方法,以及它的速度运动学正逆解方法。该方法采用对偶四元数来进行运动学求解,因此比基于齐次变换的经典方法的计算效率更高。通过将动量守恒定律引入到运动学模型中来求解运动学问题,该方法适用于具有任意数量的机械臂、混合移动铰链和转动关节的空间机器人。已通过运动控制过程模拟对该方法进行了验证。     

基于本体的无人系统智能规划架构研究

为了提高无人系统自主能力,提出了采用本体技术实现无人系统高层任务智能规划的方法．基于本体技术实现无人系统协同侦察打击任务规划要素和战场环境的语义表示,构建了语义知识引擎．在任务执行过程中,知识引擎根据高层任务目标实现任务规划问题的自动生成,通过语义推理实现突发事件和目标处置策略的自主响应,通过语义信息实现攻击目标的自主认知和智能选择．最后,构建了自主侦察打击任务场景进行仿真验证．仿真结果表明,基于本体的知识表示和推理可以有效支撑无人系统任务的智能规划,是一种提高无人系统任务自主性的可行方法．     

空间交会对接仿真技术研究

交会对接技术是实现空间飞行器在轨装配和空间求援等在轨服务的先决条件和关键技术。基于其技术复杂性,交会对接仿真已经成为研究重点。简要介绍了国外交会对接仿真技术的发展状况,分析了交会对接仿真系统的设计需求、仿真内容和仿真方法;提出在轨服务应用中交会对接仿真建模方法．并指出如何应用于交会对接过程的模拟。     

小卫星姿态大角度机动联合控制算法

由于星上能源需求、空间目标探测和地面目标跟踪定向的要求，小卫星必须具备姿态大角度机动能力．基于磁力矩器和反作用飞轮联合控制，提出了一种绕瞬时欧拉轴旋转的机动控制算法．该算法根据运动学原理规划姿态机动的时间最短轨迹设计控制器进行跟踪，以实现时间较短的姿态大角度机动控制．仿真结果表明，算法鲁棒性好，设计简单且易于在轨实时计算，显著减少了反作用飞轮在机动过程中的饱和机会．     

伴随轨道机动应用仿真研究

伴随轨道机动应用相关研究具有重要的应用价值和广阔的应用前景。以仿真研究伴随卫星轨道部署及机动策略为目的，通过对伴随前的机动进入伴随轨道仿真、伴随过程中受摄动因素影响的机动调整仿真和伴随后的机动规避（返回）仿真，研究了伴随卫星执行轨道机动时的速度增量与时间消耗情况，分析了采用不同机动策略达成的机动效果。结果表明：通过伴随轨道机动完成应用任务具有可行性和灵活性。     

航天器在轨可更换模块机构与结构设计

航天器常在其任务中出现功能失效,造成巨大的损失,而在轨模块更换技术则是利用空间机械臂自主对可接受在轨服务航天器进行故障模块更换、升级、补充消耗品等。通过对在轨可更换模块在轨服务的任务、在轨可更换模块的组件构成,从而得出在轨可更换模块的机构设计方案,进而又对在轨可更换模块进行结构设计,利用SolidWorks软件建立该结构的三维模型,实物模型验证了其可行性。     

在轨服务航天器任意轨道主动绕飞

针对在轨服务航天器对目标器进行全方位监测和抢修要求,根据速度脉冲转移算法进行了在轨服务航天器任意轨道的主动绕飞。文中将绕飞轨道周期分为N份,在每份时间内采用速度脉冲转移算法实现预定位置点间位置转移,进而完成整个预定轨道绕飞。接着进行了算法的误差分析,给出了实际选择最少脉冲数的方法以满足预定轨道制导精度。最后进行任意轨道主动绕飞的数学仿真。仿真结果表明该制导算法较常规算法节省能量,能有效地完成任意轨道的主动绕飞。     

自行车后三角车架智能焊接生产线设计与仿真

针对自行车后三角车架焊接生产线自动化程度和生产效率低、焊接过程存在干涉和焊接质量难保证等难题,设计了智能焊接生产线并进行了仿真验证。首先,设计了一套包括智能焊接、智能检测和智能传送三大系统的生产线;其次,对焊接生产线的生产平衡进行了计算优化;再次,在设计变直径管料柔性夹具的同时,对其他关键装备进行规划选型,并采用NX软件建立了关键装备的三维仿真模型;最后,将仿真模型导入Process Simulate中进行定义和空间排布,并对机器人的可达性、设备干涉和人机工程问题进行了调试和验证。整条生产线的模拟运行表明,该设计方案能够大幅度提高生产效率,有效改善焊接质量,显著降低生产成本。     

一种基于空间燃料站的GEO航天器在轨加注任务调度算法

本文针对多GEO航天器在轨燃料加注任务,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和转移时间之间的关系,在此基础上提炼出了基于燃料站的多GEO航天器在轨加注任务调度模型,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了考虑在轨加注作业顺序和作业时间分配优化的多GEO航天器在轨加注任务多目标优化模型,并采用遗传算法对加注任务调度及其多目标优化问题的求解方法进行了研究。为了验证算法的有效性,以为20颗GEO圆轨道目标航天器的在轨加注任务为例,进行了数值仿真计算,结果表明算法是有效的。     

一种基于遗传规划的服务匹配算法

当前,智能服务组合研究的重点主要集中在服务描述和服务匹配方面。文中首次将服务匹配视为一个状态描述含糊、操作定义不完备的规划问题,提出了一个基于遗传规划的服务匹配(Service Match Programming,SMP)算法和适应度评价函数。仿真实验表明,该算法在大尺度的服务选择空间中,引入了服务的关联特性,避免了局部最优现象的出现,具有更好的寻优能力和更快的速度。