网络环境下航天器交会对接系统的鲁棒H_∞滤波

以航天器空间交会对接为背景,探讨了其网络环境下的鲁棒H?滤波问题。基于传统的C-W方程,重新构建网络环境下航天器交会对接系统的数学模型。选取时滞相关Lyapunov函数并结合自由权矩阵处理方法,给出网络化滤波误差系统渐近稳定且满足H?性能的充分条件,进而将滤波器的设计转化为受线性矩阵不等式约束的凸优化求解问题。仿真表明,最劣情况下最优的H?扰动抑制水平达到??1.4142,得到的相对位置和速度估计误差分别为0.07与0.02,证明该算法是可行且有效的。     

基于多尺度方法的平动圆柱贮箱航天器刚——液耦合动力学研究

以充液航天器为工程背景,借助多尺度方法研究刚--液耦合动力学系统非线性动力学特性.利用多维模态方法,将描述横向外激励下圆柱贮箱中液体非线性晃动的自由边界问题转换为液体模态系数相互耦合的有限维非线性常微分方程组.推导液体晃动产生的作用于贮箱壁的晃动力和晃动力矩的解析表达式,进而建立航天器刚体部分平动和液体晃动耦合的非线性动力学方程组.应用多尺度方法对刚--液耦合系统的动力学特性进行解析分析,通过固有频率的特征方程求解耦合系统固有频率,推导外激励频率接近耦合系统第一阶固有频率时液体晃动稳态解的幅值频率响应方程.结合数值方法,研究了液体晃动稳态解的幅值频率响应曲线和激励--幅值响应曲线.结果表明, 随充液比变化,液体晃动稳态解的幅值频率响应曲线会发生软、硬弹簧特性转换现象和"跳跃"现象;幅值频率响应曲线的软、硬弹簧特性转换点受重力加速度和弹簧刚度系数影响;以上所得研究结果表明,考虑非线性效应时的刚--液耦合系统动力学特性与传统的线性系统模型所显示的动力学特性具有本质区别.本文的研究工作对进一步分析充液航天器刚--液耦合非线性动力学特性具有重要参考价值.      

空间机器人捕获航天器后基于无源性理论的鲁棒镇定控制

研究了漂浮基空间机器人捕获非合作航天器过程对系统产生的冲击效应及其后联合体系统镇定运动的控制问题。为此,利用拉格朗日方法及牛顿-欧拉法分别获得了捕获前空间机器人及目标航天器的动力学模型;结合动量守恒定律、系统运动几何关系及力的传递规律,分析了捕获过程相互碰撞所产生的冲击效应,建立了捕获完成后两者联合体的系统动力学模型。在此基础上,针对同时存在不确定参数及外部扰动的联合体系统,设计了基于无源性理论的镇定运动神经网络H_∞鲁棒控制算法。本文提出的基于无源性理论设计的鲁棒控制算法具有良好的动态特性及较强的鲁棒性,可快速完成系统的镇定控制,实现轨迹的精确跟踪。系统数值模拟仿真验证了本文控制方案的正确性。     

方兴未艾的人造小卫星

2013年是发射航天器最多的一年，其中重要的原因是这一年有许多的人造小卫星被送上了太空。     

基于Gauss伪谱法的欠驱动航天器姿态优化控制

现代航天器一般可以通过三正交反作用动量飞轮对其进行姿态机动控制并任意定位.研究了当其中某一个动量飞轮失效而不能输出完整三轴控制力矩时的欠驱动航天器姿态优化控制问题.在系统动量矩等于零时,其姿态控制问题可以转化为无漂移系统的非完整运动规划问题.采用Gauss伪谱法(GPM)将带有两个反作用动量飞轮的航天器姿态非完整运动规划问题转换为非线性规划问题(NLP),再通过SQP(sequential quadratic programming)算法求解.通过数值仿真、优化控制能达到设计的零边界控制要求,方便伺服电机对动量飞轮的控制;规划得到的姿态曲线与数值积分得到的曲线几乎完全重叠;权衡最终的优化目标值、运行时间和精度三因素找到合适的插值配点个数;结果表明了该方法对欠驱动航天器的姿态优化控制是有效的.     

分布式航天器真空热试验测控系统设计

针对航天器真空热试验对数据采集、温度控制及系统功能的要求,设计开发了一套基于LXI总线的分布式测控系统。针对目前控制系统对于温度控制系统大滞后、非线性的控制性能不佳的缺点,采用模糊自整定PID算法提升了当前控制系统的控制品质,实现了对航天器的外热流模拟与温度控制。实际运行结果表明,该系统具有可靠性高、扩展性强、控制精度高等优点,并且试验准备时间比原有系统减少一半以上,提高了试验人员的工作效率。     

Dewar瓶内液体晃动的近似计算方法

本文研究Dewar瓶内液体的晃动特征问题，将液体晃动的微分方程边值问题转换为具有积分形式的泛函极值问题，在此基础上建立了旋转对称容器液体晃动特征问题的有限元数值计算方法和通用程序，并计算了Dewar球，球腔，圆柱腔液体的晃动固有频率，结果显示了Dewar瓶综合了球腔和圆柱腔液体晃动的特征，它将液体晃动频率控制在一窄带范围之内。利用该程序，本文又计算了Dewar瓶液体晃动的单摆模型，为了便于工程应用，本文提出了一种对Dewar瓶建立等效圆柱容器液体晃动模型的方法，给出了模型的参数变换公式，从而可以通过对圆柱窝器液体晃动的解析计算得到Dewar瓶的液体晃动结果。利用数值计算结果，本文验算了近似计算方法的有效性和近似程序。     

动力模型修正中逆特征值问题的数值解法

本文提出了一种参数型模型修正的方法，因为这种方法与经典的逆特征值问题的提供是一致的，所以先建立起与逆问题等价的关于设计参数的非线性方程组，然后构造出可以用Ｎｅｗｔｏｗ法求解的格式。数值仿真结果表明本文方法具有较好的收敛性和较高的计算精度。     

基于Rodrigues参数的陀螺体受控运动

经典刚体动力学中表示刚体姿态的参数中，Euler角、Cardan角和Euler参数在工程技术中使用最为普遍．近期在航天器姿态控制问题中使用Rodrigues参数的报道也引起注意，Rodrigues参数以其表达形式简明和代数运算特点而具有独特优点．航天器姿态控制系统必须具有自适应性以适应参数的变化，建立用Rodrigues参数表达的无力矩陀螺体受控运动方程，提出基于Rodrigues参数的自适应姿态控制方案，并应用Lyapunov定理证明受控运动的渐近稳定性。     

航天机械臂逆动力学的完全笛卡尔坐标方法

运用多体系统完全笛卡尔坐标方法研究安装在航天器上的刚性机械臂平面运动逆动力学问题，建立自由漂浮状态下系统的一阶微分方程组，通过算例求出各坐标及转角变化规律．