控制力矩陀螺的动态扫描成像卫星姿态控制

针对卫星动态扫描成像任务中的姿态控制问题,建立卫星姿态动力学模型,分析动态扫描成像任务对姿态控制的特殊需求。结合动态扫描成像任务需求提出一种典型的姿态机动方案,对姿态机动过程所需控制力矩进行估计。基于期望力矩和星体实时姿态设计一种俯仰机动控制律,并提出五棱锥构型陀螺群的操纵方案。针对某动态扫描成像任务卫星,对提出的控制律进行数值仿真。仿真结果证明所提方案可以满足卫星动态扫描成像的姿态控制要求。     

改变系统结构的多环姿态跟踪控制

针对航天器姿态跟踪控制中存在稳态误差和转动惯量摄动未知的问题,给出一种高精度自适应姿态跟踪控制策略。通过扩展姿态动力学系统结构,将姿态角积分项引入姿态控制器中,以消除稳态误差和提升姿态跟踪精度,给出扩展系统的期望轨迹设置方法。给出一种结构更为简化的多环递归跟踪控制策略,结合自适应估计设计了自适应多环递归姿态跟踪控制器。与滑模自适应控制器对比仿真,验证了方法的优越性。     

先进上面级数字逻辑姿态控制律设计

建立了先进上面级姿态动力学模型和推力器配置方案,根据快速大角速度精确姿态机动的任务要求,设计了数字逻辑姿态控制律.考虑姿态角和姿态角速度的相互关系和测置误差的存在,将姿态相平面划分为多个控制区域,以节省燃料和避免测量误差的影响.在实际上面级参数下进行姿态机动控制仿真,采用数字逻辑姿态控制律能在16s内实现先进上面级俯仰角60°的大角度姿态机动,并能很好地保证姿态指向精度和姿态稳定度,控制效果也优于脉冲宽度调制.     

应用时标分离和动态逆方法设计飞行器的姿态控制系统

在对飞行器的姿态控制过程中,针对飞行器姿态控制系统模型的非线性特性,线性的控制方法难以直接应用,应用非线性控制理论来设计姿态控制律十分必要。结合时标分离的思想将系统姿态的运动学部分和动力学部分分别视为慢变子系统和快变子系统,2次应用动态逆的设计方法来设计控制律,仿真结果表明,系统能够快速地跟踪期望的姿态角,跟踪的精度高,该方法简单可行,具有一定的实用性。     

侧窗探测下的姿态变结构控制

为解决导引头视场受到侧窗限制的问题,给出侧窗视场范围和拦截器姿态角之间的约束算法,并针对侧窗探测条件下弹体姿态控制的要求,用变结构控制方法实现姿态角的跟踪,并对抖振问题给予解决办法。在变结构控制器参数的选择上加入自适应参数选择环节,经过仿真,系统能够快速跟踪期望姿态角,跟踪的精度高。     

基于STK的月球任务设计与仿真

利用拼接圆锥曲线法设计月球探测器轨道,一般将向月飞行轨道分为地心轨道、月心轨道和环月捕获等几个主要轨道段.分析了探测器在月球任务不同轨道段的轨道特点,给出了主要定轨参数.为方便进行目标对准,分析了建立辅助平面以实现月球捕获的方法.最后利用卫星工具包(Satellite Tool Kit, STK)软件对整个飞行过程进行了可视化仿真.对于今后的月球任务和深空探测任务具有应用价值.     

空间站零燃料大角度姿态机动路径存在性分析

零燃料大角度姿态机动技术是新近应用在国际空间站的新概念姿态控制技术。构造了以控制力矩陀螺为执行机构的空间站姿态控制动力学模型,在此基础上,建立了空间站本体与控制力矩陀螺之间的角动量守恒关系。针对各类大角度姿态机动任务,通过分析空间站惯量参数与控制力矩陀螺性能参数之间的解析关系,得到了零燃料大角度姿态机动路径的存在性条件。通过规划算例验证了存在性分析的正确性。所提出的零燃料大角度姿态机动存在性条件,为姿态机动路径的存在性判断提供了便捷可行的方法,为零燃料大角度姿态机动技术未来在我国空间站实施的可行性论证提供重要的理论依据。     

故障自适应滑模再入姿态控制设计

为了解决再入飞行过程中,飞行器故障时的姿态控制问题。提出了一种故障检测策略和在故障状态下的姿态控制方法。首先,设计了非线性故障检测观测器,通过姿态角观测误差阈值确定故障是否发生。其次,使用自适应控制技术和滑模控制技术实现了故障情况下的再入飞行器姿态控制。最后,通过数值仿真算例,测试了经典双回路控制律和提出的容错控制律下的姿态指令跟踪效果,证明了提出的容错控制策略的有效性。     

哪些国家拥有探月卫星

探月是泛指所有针对月球的空间探测活动，包括绕月探测、掠月探测和登月。绕月是指通过向月球轨道发射航天器，使其成为月球卫星绕月球运行，它是登月的基础。掠月探测是对月球进行近距离探测但不进入月球卫星轨道的活动。登月则需要航天器软着陆（自身不受到损失）到月球表面，通常是由绕月飞行的航天器本身或者其释放的子航天器在月球表面软着陆。到目前为止，只有前苏联“月球-3号”探测器成功发射并进入月球轨道，成为第一颗人造月球卫星，并首次拍到月球背面的照片。     

约束条件下导弹姿态跟踪保性能控制

针对BTT导弹在飞行过程中模型存在较大不确定性,并且控制舵的摆角受到物理装置约束的情况,研究了在约束条件下导弹姿态跟踪保性能控制的设计问题。首先在弹道的特征点处将导弹的非线性运动瞬时线性化,将导弹看作是一个不确定线性系统,提出应用基于线性矩阵不等式的跟踪保性能控制设计姿态控制器,然后推导得到满足控制约束的充分条件,以定理的形式给出了约束条件下跟踪保性能控制存在的充分条件。最后以某型导弹的姿态控制为例,设计了其姿态的跟踪保性能控制器。六自由度仿真结果表明了所得方法的有效性和可行性。     

采用终端滑模控制实现交会对接逼近段姿态跟踪

针对交会对接逼近段追踪器的姿态控制问题,采用反馈线性化理论推导了非线性姿态动力学方程的相变量模型.基于导出的姿控模型,引入模型误差和随机噪声,结合终端滑模控制理论,给出了能够在有限时间内完成姿态跟踪,并使状态跟踪误差收敛的控制律的设计方法.对具有扰动项的系统,仿真结果仍能满足交会任务对时间的要求,且姿态角跟踪误差趋于0,说明控制律对相变量系统的姿态跟踪控制具有较好的鲁棒性.     

挠性航天器姿态机动的主动振动控制

研究了挠性航天器姿态机动过程中挠性附件的主动振动控制问题.针对刚性主体上带有挠性梁的航天器,在建立挠性系统动力学模型的基础上,采用滑模变结构控制策略进行挠性航天器的大角度机动控制,为了快速抑制由于刚体运动而激发的弹性振动,在挠性梁上配置压电致动器,并通过速度反馈设计压电致动器的控制律.仿真结果表明,此方法在实现了旋转机动的同时,有效抑制了弹性振动.     

基于反步法的高超声速飞行器终端滑模控制

为了使高超声速飞行器在再入过程中完成姿态控制,在反步法的基础上将模糊自适应和终端滑模控制相结合设计控制器。对于姿态角动态,使用反步法和模糊自适应设计虚拟控制律;而对于角速率动态,利用终端滑模方法设计控制器,能够有效提高系统鲁棒性。稳定性分析说明所提方法可以保证系统状态的一致渐进有界性。     

带三维落角约束的寻的导弹制导与姿控系统设计

针对带三维落角约束的寻的导弹制导与姿态控制系统设计问题,提出一种基于终端滑模控制和扩张状态观测器的六自由度制导控制系统设计方法。建立包含模型不确定项的寻的导弹六自由度质心与绕质心模型,设计内外双层环路六自由度制导控制系统框架;基于弹-目三维相对运动模型和坐标系转移矩阵建立以攻角和侧滑角为输入的三维全耦合导引方程,利用终端滑模控制方法和扩展状态观测器得到期望的攻角和侧滑角并将其转化为对应的俯仰、偏航和滚转角指令;根据线性形式的寻的导弹绕质心动力学方程,设计与俯仰、偏航和滚转角相关的滑模面向量,并利用终端滑模控制方法和扩张状态观测器得到寻的导弹的副翼偏角、方向舵偏角和俯仰舵偏角指令。六自由度数值仿真结果验证了该方法的有效性和鲁棒性,并证明了该制导控制系统设计方法能以较少的控制设计参数完成预设的制导控制任务。     

基于迭代学习观测器的卫星姿态滑模容错控制

为解决卫星上反作用飞轮存在安装偏差、故障及外部干扰情况下的姿态控制问题,提出了一种基于迭代学习观测器的姿态容错控制方法。该方法通过设计迭代学习观测器,以较小的计算量实现对执行机构发生的故障以及安装偏差进行精确的估计。并利用观测器的观测结果设计滑模控制器,使处于外部干扰条件下的卫星系统在执行机构发生故障的情况下可以快速稳定地完成姿态机动任务。进一步基于Lyapunov稳定性定理证明了迭代学习观测器及控制器的全局渐近稳定性。针对反作用飞轮存在不确定性及故障的情况下进行仿真,仿真结果表明,与同类容错控制方法相比,所提方法可以更加快速精确地对故障进行估计并完成姿态控制。     

基于模型跟踪变结构控制的飞行重构控制律设计

提出一种基于模型跟踪变结构控制的飞行重构控制律的设计方法.利用该方法能实现受控对象对理想模型较高精度的跟踪,使重构飞行控制系统具有较好的控制性能.首先设计了一个比例-积分滑模面以确保消除稳态误差,采用极点配置技术使滑模具有良好的动态品质,其次利用饱和控制技术来减少变结构控制引起的抖振现象,最后以某型飞机纵向飞行控制系统为例进行了相应的数字仿真.结果表明重构系统不仅实现了无抖振模型跟踪,而且还具有较强的鲁棒性.     

制导炮弹非线性滑模控制器设计

为了提高制导炮弹的精确打击能力,研究了一种非线性滑模变结构控制器。利用近似最优控制理论确定了非线性滑模面,并设计了舵面的控制律,使得系统状态快速达到并保持在滑模面,采用指数趋近律和饱和函数减轻了滑模控制带来的抖振,实现对控制指令的跟踪。仿真表明,设计的非线性控制器能有效处理制导炮弹的非线性耦合问题,快速响应控制指令,并且在气动参数摄动时体现出较强的鲁棒性,具有良好的工程应用前景。     

基于新型滑模面的机械臂快速轨迹跟踪滑模变结构控制

从滑模变结构控制的趋近运动和滑模运动两个阶段人手,分别对影响其性能的滑模面和趋近律进行了设计．首先,基于线性滑模面和终端滑模面,设计了一种具有较快收敛速度的新型非线性滑模面,以缩短系统在滑模运动阶段的运动时间．同时,根据幂次趋近律提出了一种改进的趋近律设计方法,保证了其趋近运动的速度,并减弱了传统滑模变结构控制所固有的抖振．最后,将该方法用于机械臂的滑模轨迹跟踪控制策略设计,仿真结果表明,该策略保证了机械臂对期望轨迹的快速跟踪,具有较强的鲁棒性,并且验证了控制策略的有效性．     

四元数在火控中的应用

介绍了四元数的定义、代数运算、三角形式和指数形式以及球面表示形式;综述了四元数在刚体姿态控制,计算机三维图像旋转,彩色图像处理和信号处理分析等实际应用中表示的物理含义,着重探讨了四元数理论在火控领域中应用方法,并对比传统欧拉角火控模型,分析了应用四元数火控模型的优点。最后从理论上得出,四元数理论方法在常规兵器火控系统有广阔的应用前景。     

拦截器姿控系统的模糊滑模控制方法研究

对拦截器姿态控制系统进行研究,用模糊控制方法对准滑模控制方法加以改进,形成了一种模糊滑模变结构控制方法。仿真研究表明,该模糊滑模控制方法能够较好地实现拦截器的姿态控制,具有较好的快速性和稳定性。