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大时延环境下空间机器人的可靠遥操作策略

机械工程学报 2017年第11期53卷 90-96页

作者：李文皓张珩马欢肖歆昕中国科学院力学研究所北京100190

在分析大时延环境下遥操作特点的基础上,从使用可靠性角度提出一种可靠遥操作的多层策略集。将各可靠遥操作策略分解在数据层、算法层、操作层、策略层以及系统层并分别展开说明,涵盖了大时延环境下的数据交互、空间机器人关节指令序列... 详细信息

在分析大时延环境下遥操作特点的基础上,从使用可靠性角度提出一种可靠遥操作的多层策略集。将各可靠遥操作策略分解在数据层、算法层、操作层、策略层以及系统层并分别展开说明,涵盖了大时延环境下的数据交互、空间机器人关节指令序列的嵌套位置/速度规划、操作员与遥操作系统交互、遥操作任务运行流程与应急和遥操作系统监测/在线维护等方面的策略。此外,对可靠遥操作中尚待解决的动作反演、操作引导和共享遥操作技术进行了分析和展望。开展了某不确定大时延环境下的空间机器人遥操作试验,试验的数据分析结果说明不同层次的遥操作可靠性性策略均十分必要,以操作员为对象的可靠性提升策略和设计方法是可靠遥操作技术发展的重要方向。

关键词：大时延遥操作空间机器人可靠性策略

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复杂对象参数辨识的一种复合评价策略

机械工程学报 2017年第11期53卷 38-43,53页

作者：李文皓马欢张珩肖歆昕中国科学院力学研究所北京100190

提出一种针对复杂对象参数辨识问题的复合评价策略,通过分层设计优化指标评价函数,降低了迭代搜索计算对分辨局部极小值与全局最优值的需求,在少量增加计算消耗的条件下,显著提高辨识精度。以搭载多关节机械臂的空间机器人为复杂对象代... 详细信息

提出一种针对复杂对象参数辨识问题的复合评价策略,通过分层设计优化指标评价函数,降低了迭代搜索计算对分辨局部极小值与全局最优值的需求,在少量增加计算消耗的条件下,显著提高辨识精度。以搭载多关节机械臂的空间机器人为复杂对象代表,配合一种改进型粒子群算法,在无须线动量测量信息和仅使用历史数据的条件下,对机器人抓取的目标的惯性参数进行参数辨识。115组辨识仿真算例的统计结果表明,使用该复合评价策略,基本不增加计算消耗,而辨识精度得到大幅提升。定性地分析认为群体智能算法与该策略配合更易发挥效果,有望在更宽泛的对象和领域中得到应用。

关键词：复合评价改进型粒子群算法复杂对象局部极小值计算消耗

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巨型星座覆盖性的高效分析方法

航空学报 2022年第3期43卷 418-428页

作者：吕林立肖歆昕冯冠华李文皓中国科学院力学研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

针对巨型星座设计及建设过程中的覆盖性分析问题,提出了一种高效覆盖性分析新方法:并行墨卡托投影图叠加法(PMPS)。该算法通过对墨卡托投影图的图像叠加处理,进行覆盖域计算,突破了传统网格法(GPA)中网格数量与星座卫星数量的关联约束,... 详细信息

针对巨型星座设计及建设过程中的覆盖性分析问题,提出了一种高效覆盖性分析新方法:并行墨卡托投影图叠加法(PMPS)。该算法通过对墨卡托投影图的图像叠加处理,进行覆盖域计算,突破了传统网格法(GPA)中网格数量与星座卫星数量的关联约束,降低了计算消耗对卫星数量增长的敏感度。给定计算精度下,随着卫星数量的增加,GPA与PMPS计算消耗比值逐渐提高,并最终趋于极限值,该极限值和GPA选取网格量呈正相关。仿真结果表明;全球覆盖分析中GPA网格数为10;量级、满足指定计算误差时,未引入并行计算的PMPS效率相对GPA最大可提高1~2个量级,当GPA网格量更大时,如10;量级时,未引入并行计算的PMPS效率相对GPA预计最大可提高2~3个量级。

关键词：巨型星座并行墨卡托投影图叠加法(PMPS) 覆盖性分析网格法(GPA) 全球覆盖

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空间机器人惯性参数辨识的粒子群优化新算法

宇航学报 2015年第3期36卷 278-283页

作者：马欢李文皓肖歆昕刘宏蒋再男中国科学院力学研究所北京100190 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

提出了针对一类多自由度空间机器人卫星惯性参数在轨辨识的一种粒子群(PSO)优化新算法。通过粒子邻域限定的多样性保持、低效粒子随机重置和粒子误差的序列性评价,得到了比常规方法更好的结果,且具有无附加燃料消耗、线动量测量和特定... 详细信息

提出了针对一类多自由度空间机器人卫星惯性参数在轨辨识的一种粒子群(PSO)优化新算法。通过粒子邻域限定的多样性保持、低效粒子随机重置和粒子误差的序列性评价,得到了比常规方法更好的结果,且具有无附加燃料消耗、线动量测量和特定的机器人路径规划等便利性优点。仿真算例表明,该改进方法具有较高的准确性与效率。

关键词：空间机器人参数辨识粒子群算法卫星

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低轨航天器磁推进及其能力估算

中国空间科学技术 2013年第6期33卷 67-73页

作者：肖歆昕李文皓张珩刘开磊中国科学院力学研究所北京100190

针对地球空间磁场分布特点,提出可用于实现低轨航天器轨道维持、轨道变更的无质消耗推进技术.从基本的磁学理论出发,建立了带磁航天器在地球空间磁场中的飞行磁推力模型,阐述了通过航天器磁性获取无工质消耗连续推力的磁推进概念和原理... 详细信息

针对地球空间磁场分布特点,提出可用于实现低轨航天器轨道维持、轨道变更的无质消耗推进技术.从基本的磁学理论出发,建立了带磁航天器在地球空间磁场中的飞行磁推力模型,阐述了通过航天器磁性获取无工质消耗连续推力的磁推进概念和原理,阐明了作用机理,提出了磁力矩解耦的磁力线追踪推力策略,给出了磁推进的能力包络和轨道高度保持与提升的典型估算结果.分析表明,当飞行体磁矩达到106 Am2量级以上时,可以有效用于600～1000km范围内轨道高度保持或提升.此外,文章还简要分析了实现高磁矩的技术可行性.

关键词：磁推进无工质消耗推进轨道高度保持轨道高度提升空间推进航天器

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低轨航天器磁推进方法

宇航学报 2012年第7期33卷 984-990页

作者：刘开磊李文皓张珩肖歆昕郭正雄中国科学院力学研究所北京100190

基于地球空间磁场的磁作用效应,提出了一类低轨航天器无工质消耗的磁推进方法,并对航天器的高度保持进行了研究。该方法具有作用机理明晰、物理结构简单、控制策略灵活等特征。以磁场对磁体作用的磁矩理论为基础,建立了带磁航天器飞行... 详细信息

基于地球空间磁场的磁作用效应,提出了一类低轨航天器无工质消耗的磁推进方法,并对航天器的高度保持进行了研究。该方法具有作用机理明晰、物理结构简单、控制策略灵活等特征。以磁场对磁体作用的磁矩理论为基础,建立了带磁航天器飞行的磁推力模型,提出了基于磁力线追踪策略的轨道高度保持方法。利用熟知的IGRF11地磁模型,通过数值仿真计算,验证了磁推进方法对于600～1000km圆轨道航天器进行高度保持的有效性。

关键词：无质消耗推进空间磁推进轨道高度保持

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亚轨道飞行器再入通道概念及应用

飞行力学 2011年第3期29卷 60-63页

作者：肖歆昕李文皓张珩中国科学院力学研究所北京100190

基于亚轨道飞行器过载、热流、动压峰值集中出现,过载约束成为飞行器返回过程中主要面临的约束这一再入特性,提出再入通道概念,建立再入通道数学模型,以满足不同约束条件下的极限再入飞行仿真轨迹描述再入通道边界。分析和仿真结果表明... 详细信息

基于亚轨道飞行器过载、热流、动压峰值集中出现,过载约束成为飞行器返回过程中主要面临的约束这一再入特性,提出再入通道概念,建立再入通道数学模型,以满足不同约束条件下的极限再入飞行仿真轨迹描述再入通道边界。分析和仿真结果表明,可以通过再入通道是否存在来判断再入任务是否可以实现,且再入通道边界参数可作为再入轨迹设计及制导的有效参考值。

关键词：亚轨道飞行器再入通道任务可行性轨迹设计制导

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地球大气边缘高超声速飞行再入点调整方法

宇航学报 2013年第7期34卷 946-954页

作者：郭正雄张珩肖歆昕李文皓刘开磊马欢中国科学院力学研究所北京100190

分析环境波动对地球大气边缘高超声速飞行的影响,论证了利用微弱气动力实现再入点调整的可能性。提出神经网络I-PIDA姿态控制策略,控制力矩由脉宽调制驱动的反作用推力器实现,利用模糊预测制导的方法实现再入点的精确调整。仿真算例说... 详细信息

分析环境波动对地球大气边缘高超声速飞行的影响,论证了利用微弱气动力实现再入点调整的可能性。提出神经网络I-PIDA姿态控制策略,控制力矩由脉宽调制驱动的反作用推力器实现,利用模糊预测制导的方法实现再入点的精确调整。仿真算例说明该方法可以实现姿态跟踪和再入点的位置调整,并具有较强的鲁棒性。

关键词：地球大气边缘高超声速再入点调整神经网络I-PIDA 模糊预测制导

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环境因素对远程近空间高超声速飞行的影响

飞行力学 2013年第1期31卷 84-87,92页

作者：郭正雄张珩肖歆昕李文皓刘开磊中国科学院力学研究所北京100190

近空间飞行器的飞行环境具有较强的时空特性,空间和时间的变化均会产生一定的环境波动,进而影响远程近空间高超声速飞行。以近空间高超声速返回过程为研究对象,分析了几种典型的环境因素对远程近空间高超声速飞行的影响,利用飞行仿真实... 详细信息

近空间飞行器的飞行环境具有较强的时空特性,空间和时间的变化均会产生一定的环境波动,进而影响远程近空间高超声速飞行。以近空间高超声速返回过程为研究对象,分析了几种典型的环境因素对远程近空间高超声速飞行的影响,利用飞行仿真实验计算得到环境因素在迎角为零的飞行条件下的影响程度包络范围。仿真结果表明,大气密度随昼夜和季节的波动均对飞行造成一定程度的影响,而地磁扰动和风干扰的影响也十分显著,对于洲际飞行而言,这些环境因素在设计控制系统以及制定飞行任务时必须予以考虑。

关键词：高超声速大气密度地磁活动风干扰