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对失控翻滚目标逼近的增广比例导引律控制

系统工程与电子技术 2018年第10期40卷 2311-2316页

作者：刘将辉李海阳国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

针对失控翻滚目标逼近控制问题进行了研究,设计了增广比例导引律控制器。首先在追踪器视线旋转坐标系上建立了追踪器与逼近点的三维相对运动方程,分析了失控翻滚目标的姿态运动特性,在传统真比例导引律基础上引入对逼近点视线方向的控制... 详细信息

针对失控翻滚目标逼近控制问题进行了研究,设计了增广比例导引律控制器。首先在追踪器视线旋转坐标系上建立了追踪器与逼近点的三维相对运动方程,分析了失控翻滚目标的姿态运动特性,在传统真比例导引律基础上引入对逼近点视线方向的控制,采用基于反馈线性化的增广比例导引律对追踪器进行控制。通过数值仿真验证了所设计的增广比例导引律的正确性和良好的控制性能。

关键词：失控翻滚目标相对运动反馈线性化增广比例导引律

对失控翻滚目标逼近的神经网络自适应滑模控制

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宇航学报 2019年第6期40卷 684-693页

作者：刘将辉李海阳国防科技大学空天科学学院

针对失控航天器在空间中自由翻滚的情况,研究追踪器对失控翻滚目标逼近的位置和姿态六自由度耦合控制问题。建立追踪器与目标器相对运动的姿轨一体化动力学模型,设计追踪器逼近过程的标称轨迹和标称姿态。综合考虑系统不确定性和外部干... 详细信息

针对失控航天器在空间中自由翻滚的情况,研究追踪器对失控翻滚目标逼近的位置和姿态六自由度耦合控制问题。建立追踪器与目标器相对运动的姿轨一体化动力学模型,设计追踪器逼近过程的标称轨迹和标称姿态。综合考虑系统不确定性和外部干扰,设计无抖振的神经网络自适应滑模控制器。将滑模控制与神经网络逼近相结合,采用径向基函数(RBF)神经网络对系统未知部分进行自适应逼近。由Lyapunov方法导出神经网络自适应律,通过自适应权重的调节保证整个闭环系统的稳定性。数值模拟实例说明了所设计的标称轨迹和标称姿态的合理性,同时验证了神经网络自适应滑模控制器的有效性。

关键词：失控翻滚目标相对运动神经网络自适应滑模控制

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空间站平均力矩平衡姿态的气动力矩影响

国防科技大学学报 2018年第5期40卷 20-26页

作者：刘将辉李海阳张亚坤国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

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(Aver... 详细信息

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。

关键词：空间站平均力矩平衡姿态气动力矩控制力矩

逼近无控旋转目标航天器的混合势函数安全制导

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航空学报 2019年第10期40卷 179-191页

作者：刘将辉李海阳陆林赵剑国防科技大学空天科学学院

研究了追踪航天器逼近无控旋转目标航天器的安全制导问题,逼近过程中,追踪航天器需要躲避空间中的障碍物,同时需要避免与目标航天器的太阳能电池帆板和天线等附件发生碰撞。建立了视线坐标系下的两航天器间的相对运动方程,采用四元数描... 详细信息

研究了追踪航天器逼近无控旋转目标航天器的安全制导问题,逼近过程中,追踪航天器需要躲避空间中的障碍物,同时需要避免与目标航天器的太阳能电池帆板和天线等附件发生碰撞。建立了视线坐标系下的两航天器间的相对运动方程,采用四元数描述目标航天器的姿态运动。将参考位置设为引力源,设计了吸引势函数。针对安全逼近问题,建立了球面安全区和锥面安全走廊,设计了安全势函数。将障碍物假设为具有一定半径的球体,设计了障碍物势函数。吸引势函数、安全势函数和障碍物势函数一起组成了混合势函数。为了解决整个势场中除参考位置外还可能存在其他局部极小点问题,对混合势函数进行了修正,保证参考位置位于混合势函数的最低点。利用Lyapunov稳定性理论对混合势函数进行了稳定性分析,推得符合要求的控制加速度,使追踪航天器沿着混合势函数的负梯度方向逼近无控旋转目标航天器。最后通过数值仿真验证了该方法的有效性。

关键词：势函数安全逼近安全走廊避障无控旋转

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考虑轨迹安全的超快速交会逼近策略与控制

系统工程与电子技术 2019年第8期41卷 1844-1851页

作者：李晓超王华周晚萌刘将辉丁然国防科技大学空天科学学院

研究了考虑航天器交会逼近轨迹安全的超快速逼近策略和轨道控制方法。在超快速逼近方面,为了解决超快速逼近和轨迹被动安全的矛盾,提出瞄准偏置点概念。交会逼近时追踪航天器先以被动安全速度向瞄准偏置点快速逼近,再由瞄准偏置点向终... 详细信息

研究了考虑航天器交会逼近轨迹安全的超快速逼近策略和轨道控制方法。在超快速逼近方面,为了解决超快速逼近和轨迹被动安全的矛盾,提出瞄准偏置点概念。交会逼近时追踪航天器先以被动安全速度向瞄准偏置点快速逼近,再由瞄准偏置点向终端瞄准点逼近。在轨道控制方面,将超快速逼近过程中分别设计解耦后三通道的模糊控制器,对轨道各方向进行独立控制。仿真结果表明,在保证交会逼近过程安全性和逼近终端精度的前提下,文中方法不仅可以适应初始速度较大约束,而且可将交会逼近时间减少为传统逼近方法的20%。

关键词：轨迹安全超快速逼近瞄准偏置点模糊控制

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相对失控翻滚目标悬停的自适应模糊滑模控制

航空学报 2019年第5期40卷 177-187页

作者：刘将辉李海阳张政李晓超国防科技大学空天科学学院长沙410073

研究了含有系统不确定性和外部干扰的追踪器相对失控翻滚目标悬停的六自由度耦合控制问题。首先,在追踪器本体坐标系中建立了非线性的六自由度耦合的一体化动力学模型,将悬停控制问题转化为相对位置和相对姿态控制问题。再基于模糊逼近... 详细信息

研究了含有系统不确定性和外部干扰的追踪器相对失控翻滚目标悬停的六自由度耦合控制问题。首先,在追踪器本体坐标系中建立了非线性的六自由度耦合的一体化动力学模型,将悬停控制问题转化为相对位置和相对姿态控制问题。再基于模糊逼近原理设计了一种自适应的模糊滑模控制器,该控制器能够有效克服系统的模型不确定性和外部干扰的影响,并能消除传统的抖振问题。由Lyapunov方法导出了模糊自适应律并证明了闭环系统的稳定性。数值仿真验证了所提的自适应模糊滑模控制器的有效性。

关键词：失控翻滚目标悬停控制模糊滑模控制自适应控制六自由度耦合

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月地应急返回轨道优化设计

系统工程与电子技术 2020年第2期42卷 420-426页

作者：陆林李海阳刘将辉杨路易国防科技大学空天科学学院

针对载人登月任务中的应急返回问题,对基于三脉冲变轨的方案进行优化设计。以圆型限制性三体问题(circular restricted three body problem,CR3BP)模型为基础,采用球坐标形式的月球返回运动模型。考虑环月轨道面、月球最小安全距离、终... 详细信息

针对载人登月任务中的应急返回问题,对基于三脉冲变轨的方案进行优化设计。以圆型限制性三体问题(circular restricted three body problem,CR3BP)模型为基础,采用球坐标形式的月球返回运动模型。考虑环月轨道面、月球最小安全距离、终端近地距等约束,采用MultiStart算法对月地应急返回轨道进行全局优化。通过大量的计算仿真,验证了所提算法的有效性和可行性,并分析了不同轨道参数对性能指标的影响。研究结论对未来载人登月应急返回方案的设计具有重要的参考价值。

关键词：载人登月应急返回圆型限制性三体问题全局优化

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强迫绕飞无控旋转目标的控制策略

系统工程与电子技术 2019年第10期41卷 2310-2319页

作者：刘将辉李海阳杨路易陆林国防科技大学空天科学学院

针对无控旋转目标航天器强迫绕飞的控制策略问题,强迫绕飞时要求追踪器对无控旋转目标器具备视线指向的能力,以便在较短的时间内进行全面观测。首先分析了无控旋转目标的姿态及运动特性,在视线旋转坐标系上建立了追踪器与目标器的三维... 详细信息

针对无控旋转目标航天器强迫绕飞的控制策略问题,强迫绕飞时要求追踪器对无控旋转目标器具备视线指向的能力,以便在较短的时间内进行全面观测。首先分析了无控旋转目标的姿态及运动特性,在视线旋转坐标系上建立了追踪器与目标器的三维相对运动方程。将追踪器对目标器的绕飞问题转化为视线瞬时旋转平面内的二维控制问题,采用基于模糊切换增益调节的滑模控制器对视线方向和垂直视线方向的目标运动进行了控制。数值仿真验证了所提控制策略的有效性。

关键词：无控旋转目标视线坐标系滑模控制瞬时旋转平面强迫绕飞

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一种常值推力作用的轨道机动优化设计策略

宇航学报 2024年第3期45卷 389-398页

作者：刘将辉彭祺擘张海联周建平中国航天员科研训练中心北京100094 中国载人航天工程办公室北京100071 北京航空航天大学宇航学院北京100083

针对常值推力作用的航天器轨道机动优化设计问题开展研究,推导了航天器三维空间轨道机动动力学模型,对动力学模型各参数进行无量纲化处理以防止计算过程中出现奇异。提出了一种先轨道等待再轨道机动的优化设计策略,航天器先在初始轨道... 详细信息

针对常值推力作用的航天器轨道机动优化设计问题开展研究,推导了航天器三维空间轨道机动动力学模型,对动力学模型各参数进行无量纲化处理以防止计算过程中出现奇异。提出了一种先轨道等待再轨道机动的优化设计策略,航天器先在初始轨道上无动力飞行一段时间进行轨道等待,然后寻找一个最优时刻施加推力再进行轨道机动。该策略将航天器的最优等待时刻和轨道机动过程中的最优控制量作为整体统一进行优化。通过基于分段积分技术的多重直接打靶法将原先复杂的轨迹优化设计问题转化为每个子时间区间的非线性规划问题,采用内点法进行求解。仿真验证了本文优化设计策略的有效性。

关键词：三维空间轨道轨道等待轨道机动常值推力