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航天器智能自主控制技术发展现状与展望

航天控制 2002年第4期20卷 1-7,27页

作者：李智斌北京控制工程研究所北京100080

本文首先介绍国内外在航天器智能自主控制领域的发展模式与发展水平 :发展模式包括战略规划、研究开发、型号应用三个层次 ;发展水平包括功能齐备与指标精良两个方面。然后对该领域的阶段发展目标进行了展望 :( 1 )实时智能自主姿态控制... 详细信息

本文首先介绍国内外在航天器智能自主控制领域的发展模式与发展水平 :发展模式包括战略规划、研究开发、型号应用三个层次 ;发展水平包括功能齐备与指标精良两个方面。然后对该领域的阶段发展目标进行了展望 :( 1 )实时智能自主姿态控制 ;( 2 )智能自主GNC ;( 3)智能信息技术在航天器控制系统、平台和有效载荷上的应用。

关键词：航天器自主控制发展现状智能信息处理知识控制

SINS/GPS/陆标组合导航在平流层飞艇中的应用

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中国空间科学技术 2008年第3期28卷 29-36,44页

作者：刘彤李智斌北京控制工程研究所北京100080

针对平流层飞艇的飞行特点,提出了SINS/GPS/陆标组合导航方法,给出了SINS/陆标组合导航的观测模型,并将Sage-Husa自适应滤波方法与联邦滤波相结合形成改进的自适应联邦滤波,用于SINS/GPS/陆标组合导航系统。数学仿真结果表明:新组合导... 详细信息

针对平流层飞艇的飞行特点,提出了SINS/GPS/陆标组合导航方法,给出了SINS/陆标组合导航的观测模型,并将Sage-Husa自适应滤波方法与联邦滤波相结合形成改进的自适应联邦滤波,用于SINS/GPS/陆标组合导航系统。数学仿真结果表明:新组合导航系统相对于SINS/GPS组合导航系统,可以有效改善平台误差角的估计精度,同时利用改进的自适应联邦滤波可有效提高全局滤波精度。

关键词：全球定位系统组合式导航捷联惯性导航系统自适应联邦滤波平流层飞艇

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高空气球外形计算及通用算法设计

国防科技大学学报 2021年第4期43卷 17-23页

作者：周江华金伟城李智斌中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学北京100049 山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590

高空气球为临近空间中的研究提供了可靠的低成本平台。目前高空气球球形一般直接采用"自然形"或以"自然形"为基础,但通用、简捷地求解"自然形"外形方程一直是个难点。将"自然形"气球外形求解问题转化为最优控制问题,利用最优控制领域成... 详细信息

高空气球为临近空间中的研究提供了可靠的低成本平台。目前高空气球球形一般直接采用"自然形"或以"自然形"为基础,但通用、简捷地求解"自然形"外形方程一直是个难点。将"自然形"气球外形求解问题转化为最优控制问题,利用最优控制领域成熟的求解工具——高斯伪谱法最优化软件包计算气球外形。此外,通过分析外形数据得到外形变化规律,设计通用算法求解任意球形控制因子、任意高度的"自然形"气球外形。结果显示,该算法无须调参便可计算所需的"自然形"球形,便于科研人员快速获得大量所需球形数据.

关键词：高空气球 “自然形”气球球形设计高斯伪谱法

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一类线性不确定性时滞系统的鲁棒控制器设计

中南大学学报（自然科学版） 2003年第Z1期34卷 79-81页

作者：王星李智斌北京控制工程研究所北京100080 北京控制工程研究所北京100080

研究一类具有状态和控制输入不确定性的时滞系统的鲁棒镇定问题.基于Lyapunov函数,利用线性矩阵不等式给出了系统可由状态反馈鲁棒镇定的充分条件,并且利用线性矩阵不等式的解构造了状态反馈控制律.所得结果包含时滞的信息,比不依赖于... 详细信息

研究一类具有状态和控制输入不确定性的时滞系统的鲁棒镇定问题.基于Lyapunov函数,利用线性矩阵不等式给出了系统可由状态反馈鲁棒镇定的充分条件,并且利用线性矩阵不等式的解构造了状态反馈控制律.所得结果包含时滞的信息,比不依赖于时滞的结论具有较少的保守性.

关键词：时滞系统鲁棒稳定时滞依赖线性矩阵不等式

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快速反射镜的复合快速非奇异终端滑模控制

中国光学（中英文） 2024年第4期17卷 959-970页

作者：李智斌李亮张建强山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590 南京大学高端控制与智能运维研发中心江苏苏州215163

为进一步提升激光通信精跟踪系统的控制性能,本文对音圈电机驱动的快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)控制方法进行了研究。针对FSM中存在的强轴间耦合与外部扰动问题,提出了融合前馈解耦补偿与固定时间扩张状态观测器的复合快速非... 详细信息

为进一步提升激光通信精跟踪系统的控制性能,本文对音圈电机驱动的快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)控制方法进行了研究。针对FSM中存在的强轴间耦合与外部扰动问题,提出了融合前馈解耦补偿与固定时间扩张状态观测器的复合快速非奇异终端滑模控制策略。首先,采用系统辨识方法建立FSM的双输入双输出耦合传递函数矩阵模型,并设计前馈解耦补偿器补偿耦合分量,以实现X轴和Y轴之间的运动解耦。其次,针对解耦后的各单轴模型,设计固定时间扩张状态观测器,同时实现对角速度和外部干扰的固定时间估计。随后,构建快速非奇异终端滑模面,并在控制律设计中采用指数幂函数取代符号函数,以提高系统收敛速度并抑制控制抖振,基于Lyapunov方法验证所提控制系统的稳定性,并证明跟踪误差在有限时间内收敛。最后,通过对比实验验证了提出的复合控制策略的有效性。实验结果表明,FSM在100 Hz强扰动存在的情况下,跟踪60 Hz和120 Hz圆形轨迹,其轨迹跟踪误差的平均绝对值分别为0.0036°和0.0131°,系统能够保持良好的跟踪性能,说明所提复合控制策略是有效的,满足激光通信FSM对于高精度和强抗扰等要求。

关键词：激光通信快速反射镜前馈解耦扩张状态观测器终端滑模

末端带集中质量的可伸展挠性附件与航天器姿态耦合动力学分析

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振动与冲击 2008年第5期27卷 115-118页

作者：沈少萍李智斌北京控制工程研究所北京100080

结构复杂的航天器带有几十米、上百米大型挠性附件,附件末端还带有大质量刚体。大型挠性附件在空中展开时,其伸展运动、弹性振动和航天器的姿态运动相互耦合。为研究附件伸展和振动对航天器姿态的影响并设计有效的控制器,有必要建立可... 详细信息

结构复杂的航天器带有几十米、上百米大型挠性附件,附件末端还带有大质量刚体。大型挠性附件在空中展开时,其伸展运动、弹性振动和航天器的姿态运动相互耦合。为研究附件伸展和振动对航天器姿态的影响并设计有效的控制器,有必要建立可伸缩挠性附件与航天器姿态耦合动力学模型。为此,利用动量矩定理推导出末端带集中质量的可伸缩柔性附件与航天器姿态耦合动力学方程,研究了带末端质量附件的伸展运动对航天器姿态及对附件挠性振动的影响。附件匀速伸展,用Runge-Kutta法对系统进行数学仿真,仿真结果表明:伸展过程姿态角误差增大,附件振幅增大,附件频率不断降低,并且末端质量越大时,在相同长度处附件频率越小,增加了控制的难度。对末端带集中质量的挠性附件和中心刚体进行主动控制能有效抑制挠性附件的振动,满足姿态角精度要求。

关键词：挠性附件可伸展航天器动力学末端质量

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刚柔耦合系统的几何非线性运动稳定性

清华大学学报（自然科学版） 2004年第5期44卷 674-677,680页

作者：李智斌王照林李俊峰王星清华大学工程力学系北京100084 北京控制工程研究所北京100080

针对由中心刚体与柔性附件所组成的平面型刚柔耦合系统,不仅研究柔性附件的横向弯曲变形对系统动态特性的影响,同时考虑柔性附件的拉伸变形、截面转角变化与弯曲变形的相互耦合作用,并且以非线性几何关系作为基本出发点,建立了柔性变形... 详细信息

针对由中心刚体与柔性附件所组成的平面型刚柔耦合系统,不仅研究柔性附件的横向弯曲变形对系统动态特性的影响,同时考虑柔性附件的拉伸变形、截面转角变化与弯曲变形的相互耦合作用,并且以非线性几何关系作为基本出发点,建立了柔性变形、姿态运动之间的非线性耦合动力学模型。基于上述非线性模型,利用能量积分构造Lyapunov函数,分别以中心刚体不转动和中心刚体匀速转动为无扰运动,证明了非线性系统关于姿态角速度、挠性变形位移和应变等扰动变量的稳定性。

关键词：刚柔耦合系统几何非线性运动稳定性柔性变形大范围姿态动力学

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基于动态逆的卫星姿控系统飞轮故障容错控制

中南大学学报（自然科学版） 2009年第S1期40卷 191-199页

作者：田科丰李智斌北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术国家级重点实验室北京100190

研究反作用飞轮(RW)在故障情形下的三轴稳定卫星姿态控制系统的在线故障诊断、辨识和重构(FDIR)问题。首先针对RW数学模型,分析其故障模式,并建立故障的参数化描述方法。系统采用局部故障诊断与辨识(FDI)方法对飞轮进行故障诊断,其诊断... 详细信息

研究反作用飞轮(RW)在故障情形下的三轴稳定卫星姿态控制系统的在线故障诊断、辨识和重构(FDIR)问题。首先针对RW数学模型,分析其故障模式,并建立故障的参数化描述方法。系统采用局部故障诊断与辨识(FDI)方法对飞轮进行故障诊断,其诊断结果为与飞轮故障相关的参数。重构控制器的设计以动态逆为基础,并引入飞轮数学模型,对飞轮的故障进行补偿。最后,针对卫星姿控系统的3种典型故障模式的仿真结果表明该FDIR方法有效可行。

关键词：容错控制故障诊断与辨识重构动态逆飞轮

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飞艇动导数与附加质量相互融合的方法

航空学报 2020年第8期41卷 189-201页

作者：林献武王仕超李智斌兰维瑶厦门大学航空航天学院厦门361005 山东科技大学电气与自动化工程学院青岛266510

飞艇的动导数和附加质量分别表征其在有黏流和无旋无环流中所受非定常气动力/力矩。为了解决在飞艇建模中这两种气动系数的融合问题,分别研究了动导数和附加质量的成分划分问题以及同成分气动系数的融合方法。通过介绍能同时兼容有黏流... 详细信息

飞艇的动导数和附加质量分别表征其在有黏流和无旋无环流中所受非定常气动力/力矩。为了解决在飞艇建模中这两种气动系数的融合问题,分别研究了动导数和附加质量的成分划分问题以及同成分气动系数的融合方法。通过介绍能同时兼容有黏流和无旋无环流的气动力和力矩分析理论,得出同成分气动力/力矩融合时应当取有黏流中的结果并摒弃对应的无旋无环流结果。通过研究气动力/力矩与运动体当前运动参数的关联性,建立依据当前运动参数划分气动力/力矩或气动系数的方法。为了使两种流场中的气动系数分类方法相同,对飞艇的当前运动参数进行重构,使得气动系数在两种流场中均可按重构后运动参数明确划分和计算。根据研究结果,建立了一种动导数与附加质量的新融合方法,并讨论了它与现有文献方法的差异。通过算例分析不同融合方法对飞艇纵向扰动运动特性的影响,说明采用新融合方法的必要性。

关键词：飞艇动导数附加质量融合涡动力学线性化动态特性