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。     

卫星活动部件的干扰辨识与抑制

采用干扰辨识的方法实现带活动部件三轴稳定卫星的高精度姿态控制问题.首先以扫描镜为例进行,分析扫描镜运动对卫星产生的等效干扰力矩;然后根据卫星控制系统的稳态输出数据,采用特征系统实现算法对扫描运动产生的干扰频率进行闭环辨识;最后在所辨识干扰频率的基础上,采用偶极子干扰抑制滤波器消除扫描镜运动干扰对卫星姿态的影响.仿真结果表明,所提出的方法能有效地克服活动部件运动产生的未知干扰对卫星姿态稳定度的影响,提高在轨运行卫星的姿态控制精度.     

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。     

微纳卫星姿态确定与控制半实物仿真系统设计

航天器姿态控制系统需要特殊的运行环境,在地面很难考核,这给系统可靠性带来一定的风险。针对微纳卫星的特点,设计并研制了一套面向微纳卫星的姿态确定与控制半实物仿真系统。该系统通过数字化模型模拟卫星姿态轨道运动、敏感器模型产生敏感器测量数据、执行器模型生成控制力矩、敏感器模拟器实现通信协议,最终实现姿态控制系统的全系统仿真。这套系统可以接入卫星控制系统回路,实现对姿控系统软件、硬件的考核,同时验证算法的性能。基于该系统,对天拓三号卫星姿控系统进行地面半实物仿真,并对比在轨试验数据,结果表明系统设计合理,仿真结果可信。     

挠性卫星姿态的模糊神经控制

在卫星的姿态控制领域里,智能控制技术得到越来越多的关注。把模糊神经控制引入到挠性卫星姿态稳定控制中,给出了详尽的实现方法,并推导了模糊神经网络的自学习算法。由于在模糊神经控制器中规则参数初值的确定吸收利用了经验知识,故提高了模糊神经控制器的在线学习速度。仿真结果表明:该控制算法通过在线学习能有效地克服挠性卫星的不确定性,具有较强的鲁棒性,从而可实现较高精度的卫星姿态控制。     

陀螺力矩的张量导出

陀螺力矩与科氏惯性力矩关系是一难以理解的问题,本文从教学考虑,应用张量运算清晰地解释了陀螺力矩等于科氏惯性力矩.     

三轴稳定卫星斜装反作用飞轮控制器设计

本文研究了采用斜装反作用飞轮阵的卫星姿态控制系统。文中引入了正常控制律和失效控制律的概念,并论证了斜装反作用飞轮阵的力矩指令的分配计算,可设计简单的分配网络实现。控制器的设计采用了多变量系统理论,并对设计结果进行了数字模拟。最后,讨论了卫星所带的太阳帆板动力学对斜装飞轮阵控制律的影响。     

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。     

空间站平均力矩平衡姿态的气动力矩影响

为了研究空间站平均力矩平衡姿态的影响因素,建立了空间站的姿态运动模型,分析了气动力矩对空间站平均力矩平衡姿态的影响。建立了空间站的动力学与控制模型,采用典型的比例微分控制器,分别得出了两种条件下的24组平均力矩平衡姿态(Average Torque Equilibrium Attitude,ATEA),结果表明气动力矩对ATEA的影响显著。为了保持空间站ATEA,需要提供周期性的控制力矩。气动力矩引起的空间站角动量卸载和积累效应不能被忽视。     

滑模变结构控制的月球着陆舱姿态控制系统设计

在我国的探月计划中,要实现月球探测器软着陆于月球表面.在分析月球着陆舱软着陆段的飞行任务对于姿态控制要求的基础上,基于滑模变结构控制方法,根据实际姿态角和期望姿态角的偏差,给出了线性滑动模态面的切换方程,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,推导出期望控制力矩的计算公式.并研究了姿控发动机的配置特点和点火逻辑.给出了由期望力矩计算实际控制力矩的方法.仿真结果表明,该姿态控制系统能迅速地将着陆舱跟踪到期望姿态.着陆舱经过514s飞行,在距月面2 km处将速度减为零,将姿态调整到垂直向下,完成了飞行任务.飞行轨迹比较平滑,具有较好的鲁棒性和自适应性.     

轮毂电机驱动车辆转向控制策略

为提高轮毂电机驱动车辆转向机动灵活性以及安全稳定性,提出了一种基于直接横摆力矩控制的转向控制策略。以带有双桥转向机构的8轮轮毂电机驱动车辆为研究对象,研究其双重转向控制问题,建立基于车辆二自由度单轨模型的车辆参考模型,并以横摆角速度作为控制变量,建立基于横摆力矩PID控制器和横摆力矩分配控制器的转向分层控制模型。利用硬件在环实时仿真实验对所提出的转向控制策略的可行性和有效性进行分析验证。     

目标识别中Hu矩、Zernike矩和小波矩的比较

在图像识别中利用矩特征是一种重要的方法。综述了前人使用Hu矩、 Zernike矩和小波矩进行目标识别的研究工作,并比较了它们在具体应用中的特点, 为图像识别算法中目标矩特征的选择提供了一定的依据。     

质量矩拦截器机动能力估算

首先介绍了质量矩拦截器的概念和特点,提出建立过载的速度是质量矩拦截器机动性的关键因素。通过建立简化的模型,得到了质量矩拦截器在俯仰平面内运动时建立攻角响应时间的解析表达式,并在此基础上进行了初步分析,表明质量矩拦截器具有很强的机动能力。     

基于跟踪-微分器的气浮十字梁复合控制研究

基于气浮十字梁实验系统的纵向模型,设计了基于跟踪-微分器的非线性PID控制律,加入补偿器克服跟踪-微分器产生的相位延迟,通过与普通PID控制律进行数学仿真和实物实验的比较,验证了所设计的控制算法鲁棒性好而且对噪声有良好的滤波作用,为深入探讨气动-质量矩复合控制奠定了基础。     

单框架控制力矩陀螺部分失效时的空间站姿态机动方法

对金字塔构型单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的失效特性进行分析。结合SGCMG部分失效的特点,构建运用Legendre伪谱法的重规划姿态机动路径求解方法。考虑SGCMG失效情况的不可预测性,设计自适应操纵律,该操纵律可以根据指令力矩与输出力矩的偏差对SGCMG的失效情况进行诊断,从而调节操纵律的内部参数,实现失效情况操纵律的自适应调节。仿真结果表明,采用姿态机动路径重规划算法与自适应操纵律,在控制力矩陀螺部分失效的情况下,仍可以实现空间站的大角度姿态机动。姿态机动方法可以有效应对空间站大角度姿态机动过程中可能出现的SGCMG部分失效情况,从而提高空间站姿态机动任务的安全性与可靠性。     

叶片式MRF减振器阻尼力矩模型的建立

MRF阻尼器具有体积小、能耗低、阻尼力连续可调等优点,是一种对结构实施半主动控制的理想装置,将其用于履带式车辆悬挂系统,可以提高车辆的越野机动性能。介绍了一种以传统叶片式液压减振器为基础设计的叶片式MRF减振器。基于流体的平行板流动模型和MRF的Bingham模型,建立了叶片式MRF减振器的阻尼力矩计算模型。计算结果表明,不加磁场时,叶片式MRF减振器具有与传统叶片式液压减振器相近的阻尼特性,加磁场时,减振器可获得较大的阻尼可调倍数。     

电驱动装甲车辆双重转向控制联合仿真

为了提高轮毂电机驱动装甲车辆转向的灵活性及越野机动性能,借鉴履带车辆滑移转向思想,采用双重转向控制策略。以车辆的横摆角速度为控制目标,设计了自抗扰控制器,通过调整两侧轮毂电机转矩输出产生直接横摆力矩,进而调节车辆横摆角速度,实现装甲车辆双重转向。在Adams中建立车辆动力学模型的基础上,构建Adams与Matlab环境中的联合仿真模型,并进行了联合仿真,结果表明,基于直接横摆力矩控制的双重转向增大了外侧动力输出,减小了车辆在中低速转向时转向半径,提高了车辆的转向性能。     

基于GA的模糊PID控制在质量矩导弹系统上的应用

针对三轴稳定的质量矩导弹姿态控制系统,提出了一种基于遗传算法进行参数寻优的模糊PID控制方法。在建立姿控系统数学模型的基础上,首先设计了姿态控制的优先级函数,然后根据实际的姿态控制系统,设计了遗传算法的性能指标函数和具体的优化策略,最后给出了模糊PID控制器的设计思路。仿真结果说明了该方法的有效性。     

Dual-steering mode based on direct yaw moment control for multi-wheel hub motor driven vehicles:Theoretical design and experimental assessment

One of the main challenges for multi-wheel hub motor driven vehicles is the coordination of individual drivetrains to improve mobility and stability in the steering process.This paper proposes a dual-steering mode based on direct yaw moment control for enhancing vehicle steering ability in complex environ-ments.The control system is designed as a hierarchical structure,with a yaw moment decision layer and a driving force distribution layer.In the higher-level layer,the objective optimization function is con-structed to obtain the slip steering ratio,which represents the degree of vehicle slip steering in the dual-steering mode.A yaw moment controller using active disturbance rejection control theory is designed for continuous yaw rate control.When the actual yaw rate of the vehicle deviates from the reference yaw rate obtained by the vehicle reference model and the slip steering ratio,the yaw moment controller is actuated to determine the yaw moment demand for vehicle steering.In the lower-level layer,there is a torque distribution controller based on distribution rules,which meets the requirement of yaw moment demand without affecting the total longitudinal driving force of the vehicle.For verifying the validity and feasibility of the dual-steering mode,simulations were conducted on the hardware-in-loop real-time simulation platform.Additionally,corresponding real vehicle tests were carried out on an eight-wheel prototype vehicle.Test results were generally consistent with the simulation results,thereby demon-strating that the proposed dual-steering mode reduces steering radius and enhances the steering per-formance of the vehicle.     

新型BFRP筋增强混凝土受弯构件挠度控制

玄武岩纤维塑料增强筋（BFRP筋）的特性导致以其为增强筋的受弯构件出现裂缝后刚度降低非常明显，变形发展过快。因此，对BFRP筋混凝土梁的设计主要应根据其变形性能标准的要求来进行。为方便设计人员进行BFRP筋受弯构件设计，结合试验研究，通过对比国内外有关FRP筋混凝土梁开裂截面有限惯性矩计算模型的研究，探索出适合BFRP筋混凝土梁开裂截面有效惯性矩计算模型；通过建模分析，表明有限元计算模型和其他几种计算模型一起可以应用于BFRP筋混凝土梁直接挠度控制。推导出FRP筋受弯构件配筋率计算公式，结合直接挠度控制研究，提出通过控制跨高比限值来进行梁尺寸初选的间接挠度控制计算公式。