基于滑模趋近律的防空导弹垂直发射姿态控制研究

利用四元数在弹体坐标系下对垂直发射的防空导弹建立了运动方程,并在纵向通道利用小扰动线性化状态空间模型,设计了基于滑模趋近律的姿态控制律,最后建立了Simulink六自由度弹道模型并进行了数字仿真,结果表明：基于四元数的运动方程形式运行有效,基于滑模趋近律的姿态控制律可实现对防空导弹垂直发射的有效控制。     

低轨纳卫星质量矩姿态控制技术研究

针对气动力矩严重影响低轨纳卫星姿态控制效果的问题,创新性地提出了利用质量矩技术将气动干扰转化为控制力矩的解决方法.由于气动力矩矢量垂直于大气来流速度方向,因而采用质量矩与磁力矩相结合的方式三轴全驱动控制卫星姿态,从而避免系统欠驱动. 建立双执行机构控制方式的姿态动力学模型,并根据各干扰项的影响简化了控制方程.针对气动力不确定、星体参数误差、未知环境影响等复杂干扰,设计了针对理想控制力矩基于干扰观测器的滑模控制器. 为减小滑块附加干扰力矩,研究了理想控制力矩的最优分配策略. 最后, 为双执行机构搭建了半物理仿真平台,结果表明: 姿态机动过程中, 与滑块加速度相关的附加惯性力矩远大于其他干扰项,最优力矩分配策略能够大幅减小快时变的附加干扰, 优化效果明显; 姿态保持过程中,干扰观测器能有效观测系统慢时变干扰, 提高滑模控制律的姿态控制精度,姿态角收敛误差小于$\pm $0.1$^\circ$.最终验证了在低轨纳卫星上利用质量矩技术控制姿态的可行性.      

The output torque estimation of MCMG for agile satellites

Studied in this paper are the attitude control law design and the output torque estimation problem of micro control moment gyros （MCMGs） for the agile satellites executing rapid attitude maneuver mission. An algorithm is proposed for estimating the output torques and the gimbal angular rates of MCMGs, which can help engineers to choose reasonable size for actuators so that the cost of satellite can be decreased. According to some special maneuver missions, a numerical example of attitude control system for a small satellite with MCMGs in pyramid configuration is studied, and the simulation results validate the proposed estimation algorithm.     

一种提高轨道精度的改进姿态控制技术

针对我国长征系列火箭普遍存在的残骸落点普遍较理论落点靠前的现象,开展多次飞行数据的比较,结果发现一级上升段内火箭的飞行速度、位置与设计预示值之间的偏差存在极性稳定、幅值增加增大的特点,尤其是Y向速度偏差甚至超过5%,远大于预期值;本文针对该现象开展机理分析,最终确认现在长征系列火箭普遍采用的“姿态角偏差+角速度”控制方案对程序角持续变化的工况存在幅值及极性较为稳定的静差,该角偏差持续作用下,将导致X向和Y向速度及位置偏差;针对该机理,探索、比较潜在的解决措施,最终确定采用实现简便、控制效果好的“姿态角偏差+角速度偏差”双偏差姿态控制方案;仿真结果表明,双偏差姿态控制方案能显著提高助残骸落点精度及段轨道精度、降低气动载荷,有利于火箭飞行品质的提升。     

近程巡飞弹姿态控制优化仿真研究

近程巡飞弹姿态控制系统是一个非线性、时变性及耦合性的复杂控制系统,是近程巡飞弹武器系统型号研制的关键技术之一;传统的PID控制在不同巡飞状态下调节稳定性较差、响应时间慢、影响姿态控制的稳定性和机动性;针对近程巡飞弹姿态控制系统中PID控制参数不可调,自适应、抗干扰性能较差等问题,引入了自适应模糊PID控制方法,使系统在不同巡飞姿态和干扰条件下能够实时整定PID的三个控制参数,提高系统的控制性能;在此基础上设计了近程巡飞弹的姿态角控制回路,并以俯仰角为例,在Matlab/Simulink平台下建立仿真模型,进行仿真实验;仿真结果显示,采用自适应模糊PID的控制方法,系统控制性能更好,抗干扰能力和自适应能力优于传统PID控制,减小了巡飞过程中姿态角的波动情况。     

带太阳帆板航天器姿态最优控制的小波展开法

讨论航天器太阳帆板展开过程中主体姿态的最优控制问题。在控制算法中利用小波分析理论,将离散正交小波函数引入最优控制问题,利用小波展开法替代传统的Ｆｏｕｒｉｅｒ基函数,提出一种基于小分析的最优控制算法。     

弹性飞行器气动伺服弹性稳定性分析与控制

轻质结构大长细比弹性飞行器开环闭环颤振及控制系统设计是气动伺服弹性稳定性校核与分析的核心问题。本文利用振动模态试验数据修正了弹性飞行器结构有限元模型;使用涡格法进行非定常气动力计算,并利用最小状态法获得了弹性飞行器刚弹耦合频时域状态空间方程。绘制系统状态矩阵特征值随动压变化绘制的根轨迹图对该弹性飞行器开环颤振进行了分析。最后使用线性二次型方法设计了弹性飞行器主动颤振抑制控制律和纵向姿态控制器。仿真结果表明,系统在短的上升时间内实现了对指令的跟随,超调量合理,无静态误差。本文所采用的方法能够满足工程设计需求。     

Attitude control for part actuator failure of agile small satellite

The stability and singularity problem of agile small satellite （ASS） with actuator failure is discussed in this paper. Firstly, the three-axis stabilized controller of an ASS is designed, where micro control moment gyros （MCMG＇s） in pyramid configuration （PC） is used as the actuator. By using the same controller and steering law, the control results before and after one gyro fails are compared by simulation. The variation of singular momentum envelope before and after one gyro fails is also compared. The simulation results show that the failure intensively decreases the capacity of output torque, which leads to the emergence of more singular points and the rapid saturation of MCMG＇s. Finally, the parameters of system controller are changed to compare the control effect.     

航天器编队飞行多目标姿态快速跟踪鲁棒控制

研究了航天器编队飞行多目标姿态跟踪鲁棒控制问题．主航天器装有一个快速机动天线和一个星载相机．考虑相机对地面目标跟踪,同时考虑天线与从航天器通信的空间任务．通过引入角速度约束和姿态角约束,分别推导了相机和天线的参考姿态角、角速度和角加速度．提出期望逆系统的概念,将三维空间姿态跟踪问题转化为调节问题,简化了控制器的设计．考虑存在参数摄动和外部干扰力矩的情况,基于期望逆系统和滑模控制,设计了鲁棒姿态跟踪控制器,并利用Liapunov稳定性理论证明了控制系统的渐近稳定性．以两航天器编队飞行多目标跟踪为例进行数值仿真,结果表明所设计的控制器具有良好的鲁棒性和优越的跟踪性能．     

基于四元数方法的绳系机器人姿态控制

为进一步提升空间绳系机器人在轨服务能力，研究了空间绳系机器人抓捕目标后的复合体姿态控制问题.首先，基于四元数原理，描述了空间绳系机器人在抓捕目标后组成的复合体姿态，建立了空间绳系机器人系统的动力学方程；其次，针对带约束的动力学控制方程，结合投影技术和Runge Kutta方法，构造了一种保四元数范数的显式投影方法；最后，通过数值实验，验证了所提出数值方法的有效性，同时分析了采用系绳和推力器同时控制，采用系绳、推力器相互切换控制，以及单独采用推力器进行控制这3种方式对空间绳系机器人抓捕目标后的复合体姿态的控制效果和能量消耗.