空间绳系机器人的多次推力逼近策略研究

针对空间绳系机器人近距离逼近问题,提出了基于时间最优的一般N次推力机动策略及算法,由演化得到的等时间N次机动模式和等速度增量N次推力机动模式,能够将多次推力机动策略中复杂的多时间变量求值问题转化为有非线性约束的最小机动时间问题,并利用基于罚函数法的遗传算法进行求解,对空间绳系机器人的近距离逼近问题进行了仿真。仿真表明:一般N次推力机动策略及算法能够很好解决此类多时间变量求值问题;且不需要进行初始速度脉冲修正,相对于基于"时间倒流法"的N次推力策略和连续推力具有较小的机动时间,并在某些情形下相较于后两者以及双冲量机动具有较少的能耗或者较小的最大视界角,为绳系机器人推动逼近设计提供了依据。     

基于混沌遗传的巡航导弹实时规划技术

研究针对突发威胁的实时规划技术能够提高巡航导弹在未知威胁环境中的生存能力,具有重大的研究价值。实时规划的规划思想和规划算法的设计问题是巡航导弹实时规划技术必须要解决的两大难题。基于解决问题的考虑,设计了实时航迹规划的规划思路和一种混沌遗传规划算法。基于传统遗传算法的思想,利用威胁和约束条件构建适应度函数对航迹进行评价,设计了一种特殊的实数结构体编码,提出了合适的选择、交叉、变异三种算子使种群进化,并引入了混沌搜索算子,加速种群的收敛。最后进行了实时航迹规划的仿真分析。仿真结果表明:实时规划的航迹能够避开地形和新出现的威胁,算法收敛速度较快。这说明,设计的算法能够满足当前未知威胁环境下巡航导弹实时规划的需要。     

高超声速巡航飞行器在线航迹规划方法

为解决弹载计算机内存小、运算速度慢与在线航迹规划内存需求大、实时性要求高之间的矛盾,给出了基于高速DSP的高超声速飞行器在线航迹规划方案。介绍了一种实时航迹规划策略,设计了基于ADSP21364的在线航迹规划器,提出了改进的稀疏A*算法,最后进行了地面模拟飞行试验。仿真结果表明,设计的规划策略和规划算法能够在现有硬件基础上避开各种新威胁,生成一条当前最优/次优的航迹,并且规划稳定性好、成功率高。     

高超声速巡航飞行器振动建模及精细姿态控制

为保证超燃冲压发动机的良好进气环境,需要对高超声速巡航飞行器进行精细姿态控制,但弹性振动大大提高了精细姿态控制的设计难度。以高超声速巡航飞行器的纵向通道为例,文章分析弹性振动对飞行控制系统的影响,建立高超声速巡航飞行器的弹性模型,将精细姿态控制问题简化为超燃冲压发动机进气口当地攻角的精细控制问题,考虑机体/发动机耦合和气动热造成了气动参数和模态参数大范围摄动问题,基于H∞理论设计鲁棒控制系统。仿真表明,在考虑测量噪声、舵机非线性、参数大范围摄动的情况下仍然能够很好地跟踪刚体攻角,抑制弹性攻角,保证进气口当地攻角±0.6°的控制精度,满足高超声速飞行器精细姿态控制的要求。     

空间绳系机器人抓捕目标过程协同稳定控制

针对空间绳系机器人抓捕无控目标过程中的自身稳定控制问题,提出一种操作机械臂主动阻尼控制与利用空间系绳、反作用轮进行基体姿态稳定控制相结合的协同稳定控制方法.文中首先建立了空间绳系机器人抓捕目标的动力学模型及与目标的接触碰撞模型,分析了抓捕过程中空间绳系机器人及目标的运动状态,在此基础上设计了操作机械臂关节主动阻尼控制律以减小碰撞力对操作机械臂末端的冲击,结合基体姿态的变化设计了滑模姿态稳定控制律,通过空间系绳和反作用轮提供基体所需的滑模姿态控制力矩.在抓捕目标仿真过程中对关节主动阻尼控制方法和所提出的协同稳定控制方法进行比较分析,结果表明,本文提出的抓捕目标协同稳定控制方法能很好地稳定操作机械臂和基体,且空间系绳对基体及目标的扰动影响很小,达到了空间绳系机器人抓捕目标时自身稳定的要求.     

空间遥操作机器人主从双边自适应内模控制

天地大时延严重破坏具有力反馈的空间遥操作机器人系统的稳定性和透明性;针对天地大时延和未知的从手操作环境,基于内模控制和自适应控制思想设计一种自适应内模控制器;推导从手环境参数辨识模型,基于带遗忘因子的递推最小二乘滤波辨识环境模型,并利用辨识信息构建自适应内模控制器;基于单参数SNPIDC算法分别设计主手和从手自适应控制器;大量的仿真结果证明,在设计的主从双边自适应内模控制器作用下,空间遥操作机器人系统稳定性好,对未知环境适应能力强,系统透明性好,阻抗匹配程度高,且操作人员临场感强。     

基于A*算法的高超声速飞行器航迹规划方法

为了提高A*算法应用于高超声速飞行器航迹规划时的效率和稳定性,并保证航迹可飞性,提出基于改进型变步长稀疏A*算法的航迹规划方法。首先根据飞行器飞行区域不存在地形限制的特点,在规划过程中采取变步长策略,有效地提高了远程规划时的稳定性和效率;然后依赖飞行器的过载计算最大转弯角和爬升/俯冲角,根据计算角度构建规划空间,同时将飞行器飞行过程燃料/时间、航向、飞行高度、航迹末端、禁飞区域等约束用于规划空间优化,减少扩展节点的数量,进一步提高了规划效率并保证航迹的可飞性;最后基于威胁约束设计特殊的代价函数,保障了飞行安全和航迹规划的稳定性。仿真结果表明:规划出的航迹满足高超声速飞行器各种飞行要求,能避开各种威胁,规划时间短,稳定性好。得到的航迹能够作为航迹跟踪控制系统设计时的参考输入。     

空射飞航导弹姿态控制的一种自适应方法

为解决空射飞航导弹气动力矩导数不确定条件下姿态控制问题,基于动态逆和非线性系统无源性稳定理论设计了一种姿态自适应控制器.该控制器包括控制律和参数估计器两部分.控制律根据估计器提供的对象参数估值在线调整控制参数.采用李亚普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性.数值仿真表明该方法在保证参数估计误差有界的同时实现了导弹对姿态角指令的快速无静差跟踪.     

基于尾鳍推进模型的三关节仿生机器海豚系统

为设计一种新型、游动效率高、可以实现沉浮运动的仿生机器人,以海豚为仿生对象,利用仿生学原理对基于尾鳍推进模型的三关节仿生机器海豚系统进行改进.研究海豚的背腹运动尾鳍推进模型,对原有模型中不便于工程实现的方面进行修正.在验证修正后模型可行性的基础上,设计一种三关节柔性尾部加刚性头部的机械结构以及控制流程和配套的电路系统,对机器海豚的沉浮运动进行动力学分析,提出利用PID控制实现平面运动的方法,通过实验验证机器海豚沉浮运动和平面运动的可行性,并给出机器海豚游动速度和尾鳍摆动频率及尾鳍摆幅之间的关系.实验结果表明,基于尾鳍推进模型的机器海豚具有较高的效率和游动速度.     

参数未知航天器的姿态接管控制

失效航天器的参数未知给姿态接管控制带来很大挑战,为此,针对该控制问题提出一种基于控制系统重构的失效航天器姿态接管控制方法.首先,采用改进的自适应动态逆控制重构姿态接管控制律,并利用Lyapunov方法分析系统稳定性;然后,对推力器构型矩阵进行重构,并通过基于零空间修正伪逆的控制分配算法对推力器进行推力重分配,实现对参数未知航天器的姿态接管控制.最后,通过数值仿真验证了所提出方法的有效性.