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。     

刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪与振动抑制

讨论刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪控制和振动抑制问题。以双连杆刚柔性机械臂为例,建立了双连杆刚柔性机械臂的非线性动力学方程,运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法,使方程中关节角变量和弹性变量部分解耦。利用机械臂逆动力学方法和线性二次型(LQ)最优控制方法讨论刚柔性耦合机械臂的轨迹跟踪控制问题和消除残余振动的控制问题。通过数值仿真计算,表明文中方法的有效性。     

自由漂浮空间机械臂非完整运动规划的粒子群优化算法

带空间机械臂航天器系统在无外力矩作用时,系统相对于总质心的动量矩守恒而变为非完整系统,由于非完整约束的不可积性,非完整系统的运动规划与控制比一般系统要困难得多.针对这一问题,利用非完整特性研究自由漂浮空间机械臂的三维姿态运动规划问题,导出带空间机械臂的航天器三维姿态运动数学模型,并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.在运动规划中,引入Fourier基函数构成系统控制输入,对基函数的系数向量优化,提出一种应用粒子群优化的最优运动规划数值算法.数值仿真表明该方法对空间机械臂及航天器三维姿态运动的非完整运动规划是有效的.     

完全笛卡尔坐标描述的机械系统动力学分析及软件研究

用完全笛卡尔坐标描述机械系统的刚体位形 ,导出机械系统的运动学和动力学数学模型 ,研制了相应的仿真软件。通过对算例进行的动力学分析与仿真计算 ,表明该方法及软件的有效性     

基于微分平滑的欠驱动航天器运动轨迹设计

针对有两个控制力矩的欠驱动刚性航天器的可行轨迹生成问题,通过分析系统的运动模型证明了欠驱动航天器是微分平滑的,找到了合适的平滑输出,采用微分平滑理论设计了欠驱动航天器从初始平衡状态到最终平衡状态的参考轨迹,并实现航天器对参考轨迹的跟踪。     

一种新坐标描述多体系统动力学及仿真软件

用完全笛卡尔坐标描述多体系统的运动学和动力学在提高计算效率方面有突出优点。导出用完全笛卡尔坐标表示的刚体及多体系统运动学和动力学模型,研制了相应的通用仿真软件ＤＡＭＳ。通过ＤＡＭＳ软件对算例进行的动力学分析与计算,表明该方法及软件的有效性。     

最小二乘法在高斯拘束函数求解中的应用

高斯最小拘束原理是一种典型的微分变分原理,以加速度为变量,通过寻求拘束函数极值的变分方法直接得出系统的运动规律.目前,国内常用的求解高斯拘束函数的方法为拉格朗日乘子法,通过引入拉格朗日乘子将高斯拘束函数的条件极值问题转化为带有拉格朗日乘子的无条件极值问题,这种求解方法会增加未知变量的个数.为减少变量个数,进一步提高运算效率,文章首先对高斯拘束函数进行简单变形,引入加速度形式的约束方程将高斯拘束函数化为最小二乘形式,直接运用最小二乘法导出使高斯拘束函数取极小值时系统真实加速度的表达式.最后通过对曲柄滑块机构正动力学问题的分析和计算,验证了该方法的有效性.     

基于样条逼近的欠驱动航天器姿态运动规划

研究带有两个动量飞轮的刚体航天器姿态控制问题。在系统角动量为零的情况下,系统的控制问题可转化为无漂移系统的非完整运动规划问题。利用最优控制方法和样条逼近技术提出求解带有2个动量飞轮航天器姿态的运动规划控制的粒子群优化算法。运动规划的最优控制是光滑的,且初值和终值均为零,可以方便地通过伺服电机实现飞轮的控制。数值仿真表明:该方法对航天器姿态运动规划控制是有效的。