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使用SGCMGs航天器滑模姿态容错控制

北京航空航天大学学报 2017年第4期43卷 806-813页

作者：张福桢金磊北京航空航天大学宇航学院北京100083

基于滑模控制与自适应理论,对使用单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的刚性航天器的被动姿态容错控制问题进行了研究。首先建立了含有陀螺框架转速故障的系统数学模型。然后将框架转速直接作为控制量并应用滑模控制理论设计了容错控制器,同... 详细信息

基于滑模控制与自适应理论,对使用单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的刚性航天器的被动姿态容错控制问题进行了研究。首先建立了含有陀螺框架转速故障的系统数学模型。然后将框架转速直接作为控制量并应用滑模控制理论设计了容错控制器,同时控制器中还设计了自适应律对故障信息和干扰进行估计。由此,可在故障和干扰的先验信息未知的情况下,实现对航天器无故障和有故障情况下的姿态稳定控制,且具有较强的鲁棒性。最后,对2种构型单框架控制力矩陀螺群的不同故障模式进行数学仿真,验证了该控制方法的有效性和可行性。

关键词：航天器单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs) 容错控制滑模控制自适应控制

采用单框架控制力矩陀螺和动量轮的航天器姿态跟踪控制研究

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宇航学报 2008年第3期29卷 916-921,951页

作者：金磊徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100083

研究利用单框架控制力矩陀螺(SGCMGs)和动量轮(MWs)组成的混合执行机构,完成航天器的姿态跟踪控制。由于现有的奇异避免操纵律无法保证SGCMGs的完全可控,而且无法精确地输出指令力矩,本文提出一种SGCMGs&MWs的混合执行机构方案。首先建... 详细信息

研究利用单框架控制力矩陀螺(SGCMGs)和动量轮(MWs)组成的混合执行机构,完成航天器的姿态跟踪控制。由于现有的奇异避免操纵律无法保证SGCMGs的完全可控,而且无法精确地输出指令力矩,本文提出一种SGCMGs&MWs的混合执行机构方案。首先建立了带有混合执行机构的系统动力学模型,并基于此模型设计了姿态跟踪控制律。然后利用奇异值分解的方法将指令控制力矩进行分解,并分别分配给SGCMGs和MWs,从而当SGCMGs接近奇异时,使MWs输出沿奇异方向的指令力矩。在完成指令力矩分配后再分别设计SGCMGs和MWs的操纵律。数值仿真结果表明,利用此混合执行机构能够实现力矩的准确输出,并且SGCMGs在奇异时仍然可控,从而验证了所设计操纵律的有效性及此方案的可行性。

关键词：控制力矩陀螺动量轮姿态跟踪奇异

基于变惯量反作用飞轮的小卫星大角度姿态机动控制研究

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宇航学报 2007年第3期28卷 566-570页

作者：金磊徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100083

研究以变惯量反作用飞轮作为执行机构的小卫星的大角度姿态机动控制问题。变惯量反作用飞轮是一种新型的动量交换装置,不仅可以通过改变飞轮转速输出力矩,还可以通过改变其转动惯量实现大范围的力矩输出。文中建立了带有变惯量反作用飞... 详细信息

研究以变惯量反作用飞轮作为执行机构的小卫星的大角度姿态机动控制问题。变惯量反作用飞轮是一种新型的动量交换装置,不仅可以通过改变飞轮转速输出力矩,还可以通过改变其转动惯量实现大范围的力矩输出。文中建立了带有变惯量反作用飞轮的星体姿态动力学方程,设计了姿态控制律和飞轮的操纵律。仿真结果表明,与一般反作用飞轮相比,当小卫星大角度机动时变惯量飞轮的转速更不容易饱和,且力矩的输出范围变宽,可以同时满足小卫星高精度稳定和快速大角度姿态机动的双重要求。

关键词：姿态控制变惯量反作用飞轮大角度机动

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折叠翼飞行器的动力学建模与稳定控制

力学学报 2020年第6期52卷 1548-1559页

作者：宋慧心金磊北京航空航天大学宇航学院北京100191

折叠翼飞行器在变形过程中,其动力学模型呈现多刚体、多自由度和强非线性特点,同时气动力/力矩、压心、质心和转动惯量等参数也会大幅度变化,严重影响飞行稳定性.由此,本论文将对飞行器的多刚体动力学建模与变形稳定控制进行研究.基于... 详细信息

折叠翼飞行器在变形过程中,其动力学模型呈现多刚体、多自由度和强非线性特点,同时气动力/力矩、压心、质心和转动惯量等参数也会大幅度变化,严重影响飞行稳定性.由此,本论文将对飞行器的多刚体动力学建模与变形稳定控制进行研究.基于凯恩方法建立了折叠翼飞行器的多刚体动力学模型,并从中得到了变形所产生的附加力和力矩表达式.通过气动计算拟合出气动参数与折叠角之间的函数关系,由此分析了不同折叠角速度下飞行器的纵向动态特性,结果表明,折叠翼飞行器变形过程中速度、高度和俯仰角均会发生变化,飞行器无法保持稳定飞行.为此提出了一种基于自抗扰理论的飞行器变形过程中的稳定控制方法.将折叠翼飞行器纵向非线性动力学模型中存在的非线性项、耦合项以及参数时变项都视为系统内外总扰动,利用扩张状态观测器对总扰动进行实时估计和补偿,针对补偿后的系统设计PD控制器,实现了速度通道和高度通道的解耦控制.通过Lyapunov稳定性原理证明了系统的稳定性,并进行数学仿真验证.仿真结果表明,基于自抗扰理论设计的稳定控制器能够解决飞行器变形所带来的强非线性和参数时变等问题,保证飞行器的高精度稳定控制.

关键词：折叠翼飞行器多刚体动力学建模扩张状态观测器稳定控制

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基于强化学习的航天器姿态预设性能容错控制

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2404-2412页

作者：金磊杨绍龙北京航空航天大学宇航学院北京100191

针对惯量不确定性和执行机构故障的航天器姿态控制问题,提出了一种基于强化学习的预设性能容错控制方法。采用预设性能方法设计航天器的姿态控制器,以保证控制过程的暂态响应。为在线补偿惯量不确定,在预设性能控制器的基础上引入强化... 详细信息

针对惯量不确定性和执行机构故障的航天器姿态控制问题,提出了一种基于强化学习的预设性能容错控制方法。采用预设性能方法设计航天器的姿态控制器,以保证控制过程的暂态响应。为在线补偿惯量不确定,在预设性能控制器的基础上引入强化学习算法,使用评判网络近似代价函数,用于评估系统性能,同时使用动作网络产生前馈补偿控制,用于处理惯量不确定;设计自适应补偿控制,补偿执行机构故障和外扰动对航天器姿态的影响。基于Lyapunov稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真结果表明:所提容错控制方法能够实现航天器执行机构故障情况下的稳定控制。

关键词：强化学习容错控制预设性能航天器姿态控制

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中国城市综合减灾体系建设及其系统思考

科学学研究 1998年第4期16卷 52-58页

作者：金磊北京市建筑设计研究院

本文从中国城市减灾现状分析入手，重点剖析城市减灾的可持续发展问题，并探讨了城市社会经济可持续发展中如何确立防灾减灾的地位。进而用系统科学思路研究城市综合减灾的体系建设问题。

关键词：城市综合减灾可持续发展城市规划

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小型控制力矩陀螺扰动建模及性能指标分析

中国空间科学技术 2012年第4期32卷 45-53页

作者：张尧金磊徐世杰北京理工大学宇航学院北京100081 北京航空航天大学宇航学院北京100191

为实现遥感卫星的高精度指向能力,对遥感卫星星上常用执行机构控制力矩陀螺扰动及性能指标评定进行了研究。首先,充分考虑小型控制力矩陀螺的静动不平衡量以及框架轴的安装误差,根据动量定理和动量矩定理建立了完整的星载小型控制力矩... 详细信息

为实现遥感卫星的高精度指向能力,对遥感卫星星上常用执行机构控制力矩陀螺扰动及性能指标评定进行了研究。首先,充分考虑小型控制力矩陀螺的静动不平衡量以及框架轴的安装误差,根据动量定理和动量矩定理建立了完整的星载小型控制力矩陀螺的动力学模型,并对所建立模型的正确性进行了理论分析和仿真验证;其次,将含有扰动特性的小型控制力矩陀螺应用到星上,建立了整星动力学模型,并选用合适的框架伺服控制系统和转子伺服控制系统,完成整星的姿态稳定控制任务;最后,采用数值仿真的方式分析了陀螺转子静动不平衡因素以及框架角测量误差对星体姿态精度和稳定度带来的影响。结合任务要求,对小型控制力矩陀螺设计提出静动不平衡量等指标要求,以期使其满足星上光学有效载荷的成像要求。

关键词：小型控制力矩陀螺扰动建模姿态稳定性能指标遥感卫星

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成庄矿反风期间瓦斯涌出规律

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2005年第Z1期24卷 4-5页

作者：师金磊辽宁工程技术大学资源与环境工程学院辽宁阜新123000

针对矿井反风期间井下通风状况及瓦斯涌出规律发生了较大的变化,通过对反风演习时瓦斯涌出状况的研究,进一步掌握了反风期间瓦斯的涌出规律。研究表明:矿井反风期间矿井瓦斯的绝对涌出量低于反风前矿井瓦斯的绝对涌出量,回采工作面瓦斯... 详细信息

针对矿井反风期间井下通风状况及瓦斯涌出规律发生了较大的变化,通过对反风演习时瓦斯涌出状况的研究,进一步掌握了反风期间瓦斯的涌出规律。研究表明:矿井反风期间矿井瓦斯的绝对涌出量低于反风前矿井瓦斯的绝对涌出量,回采工作面瓦斯浓度低于反风前瓦斯浓度,矿井反风后矿井总回风道(主井底)的瓦斯浓度低于反风前总回风道的正常瓦斯浓度。这对实际生产中瓦斯控制有着重要的指导意义。

关键词：反风瓦斯涌出规律瓦斯浓度

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初始水平主应力对应力阴影效应的影响研究

岩石力学与工程学报 2016年第A1期35卷 2819-2825页

作者：夏磊曾亚武金磊叶阳武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

介绍应力阴影的概念及其理论模型,结合颗粒流流固耦合计算原理构建模型,模拟并分析单一水力裂缝周围因应力阴影效应产生的诱导应力的分布情况,分析表明应力阴影主要表现为最小水平主应力的增大,且其对水力裂缝压裂效益具有两面性。利用... 详细信息

介绍应力阴影的概念及其理论模型,结合颗粒流流固耦合计算原理构建模型,模拟并分析单一水力裂缝周围因应力阴影效应产生的诱导应力的分布情况,分析表明应力阴影主要表现为最小水平主应力的增大,且其对水力裂缝压裂效益具有两面性。利用建立的数值模型,进一步分析在不同初始水平主应力下,应力阴影效应对水力裂缝扩展方向的影响,结果表明:初始水平主应力比越大,应力阴影效应产生的诱导压力越大,不利于新裂缝的开裂及发育;当初始裂缝内液压接近或大于最大初始水平主应力时,注水孔压裂水力裂缝的扩展方向将发生转向,有利于复杂裂缝网络的形成。

关键词：岩石力学应力阴影颗粒离散元水力裂缝初始水平主应力