基于最优控制的刚体航天器姿态控制研究

为了研究航天器在不利环境下的姿态控制问题，利用最优控制方法讨论带有2个动画飞轮的航天器姿态控制问题，通常航天器使用3个动量飞轮用于控制其姿态和任意定位，当其中1个轮失效，在系统角动量为零的情况下，可以将系统的控制问题转化为无漂移系统的运动规划问题，利用最优控制方法提出求解带有2个动量飞轮航天器的姿态控制算法，通过数值仿真，表明该方法对航天器姿态控制是有效的。     

基于滑模控制的3D刚体摆姿态稳定性

研究3D刚体摆姿态稳定性的滑模控制问题.3D刚体摆由一个刚体绕一固定且无摩擦的支点旋转,刚体受到恒重力作用且具有三个转动自由度.针对3D刚体摆平衡位置处的姿态稳定控制问题,设计了滑模控制器并分析了角速度和姿态的渐进稳定性.由Lyapunov直接法找出了各个滑模系数取值的充分条件,并通过数值仿真实验验证了滑模控制方法的有效性.     

含一类非线性项受迫振动系统混沌运动的抑制

本文研究了用与受迫力谐波共振的周期摄动抑制含二次非线性项受迫振动系统中的混沌。由广义Ｍｅｌｎｉｋｏｖ方法可知，当原振动系统呈现混沌性态时，施加线性项参数激励、非线性项参数激励和外激励均可以使混沌运动受到抑制，条件是所施加激励与原系统中的周期性受迫力谐波共振。     

基于小波逼近的机械系统非完整运动规划数值方法

机械系统中的非完整约束通常是由不可积的速度约束或不可积的守恒律引起。由于非完整约束的存在,系统的运动控制和规划问题比一般的机械系统要困难得多。机械系统在动量和动量矩守恒且为零的情况下,系统动力学方程可降阶为非完整形式约束方程。基于这样的方程,将系统的控制问题转化为无漂移系统的非完整运动规划问题。针对带有非完整约束的机械系统,导出自由漂浮的空间机器人系统非完整运动模型。利用最优控制技术和小波分析方法,在控制输入中引入小波函数逼近,提出一种非完整机械系统运动规划数值方法。将该方法用于自由漂浮空间双臂机器人系统,仿真结果验证了方法的有效性。     

3D刚体摆的鲁棒控制器设计和比较分析

3D刚体摆是研究刚体复杂旋转动力学与控制问题的典型系统。针对3D刚体摆受外界扰动以及转动惯量的不确定性,根据鲁棒H∞控制理论,采用线性矩阵不等式(LMI)的方法设计了一种状态反馈H∞控制律。仿真结果表明,鲁棒控制器对系统参数的变化具有较强的鲁棒性。与PID控制器比较,鲁棒控制器对于3D刚体摆控制系统具有较好的动态特性和稳定性。     

基于完全笛卡尔坐标的多体系统微分-代数方程符号线性化方法

多体系统动力学方程分为两类形式,即微分方程和微分-代数方程。这两类方程都是针对大位移系统,并且方程呈强非线性。为研究多体系统小位移或振动问题,从多体系统动力学方程出发,讨论微分-代数方程线性化计算机代数问题。利用完全笛卡尔坐标描述多刚体系统,建立多刚体系统动力学微分-代数方程。利用逐步线性化方法和计算机代数,分别对多体系统微分-代数方程的广义质量阵,约束方程和广义力阵在平衡位置附近进行Taylor展开。给出一种基于完全笛卡尔坐标的多体系统动力学微分-代数方程符号线性化方法。最后通过两个算例验证该方法的有效性。     

基于（W，Z）参数描述的刚体航天器姿态运动

介绍了刚体航天器姿态运动的（W,Z）参数描述方法和以（W,Z）参数表示的姿态运动学方程,给出了（W,Z）参数描述的方向余弦矩阵。推导出（W,Z）参数与欧拉角、四元数、罗得里格斯参数常用姿态坐标之间转换关系,比较表明,（W,Z）参数描述刚体具有简洁,直观的优点。     

轴向运动弦线受迫振动分析

研究轴向运动弦线的受迫振动相关问题,利用Hamilton原理,建立了轴向运动弦线横向振动的耦合动力学模型。基于Gale kin方法对轴向运动弦线系统模型的状态变量作离散得到带有非线性项的常微分方程组。通过数值仿真,给出了轴向运动弦线在不同外激励形式下的振动响应,得到轴向运动弦线受迫振动的一些规律。     

高超声速飞行器的终端滑模姿态控制

针对具有高度非线性、强耦合、含较大不确定性特点的高超声速飞行器,设计了终端滑模控制器,并应用于高超声速飞行器的姿态控制中。对飞行器姿态控制系统的慢回路设计PID控制律,快回路设计终端滑模控制律。终端滑模控制对系统参数的变化不灵敏,具有良好的鲁棒性。并利用李雅普诺夫稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真结果表明,在气动参数大范围摄动的情况下,该控制系统对于高超声速飞行器姿态角信号指令具有良好的跟踪性能。     

空间机械手逆问题的完全笛卡尔坐标方法

讨论了用完全笛卡尔坐标描述的空间机械手逆动力学问题。利用完全笛卡尔坐标建立空间机械手初积分形式动力学方程,根据末端设计轨迹,对机械手进行逆动力学仿真计算,结果表明该方法是一种简便、高效的可行方法。