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航天器隐蔽机动:概念、原理与方法

宇航学报 2024年第7期45卷 1065-1077页

作者：郑中旭白玉铸陈致钧董默楠赵勇陈小前国防科技大学空天科学学院长沙410073 军事科学院北京100091

以维护航天器本体信息与状态信息安全为牵引,提出了航天器隐蔽机动的概念,阐述了相应的原理与方法。围绕单航天器隐蔽机动、航天器反监视博弈以及多航天器协同隐蔽机动等方向,探讨了基于数值方法、避障方法、运动伪装方法、博弈论以及... 详细信息

以维护航天器本体信息与状态信息安全为牵引,提出了航天器隐蔽机动的概念,阐述了相应的原理与方法。围绕单航天器隐蔽机动、航天器反监视博弈以及多航天器协同隐蔽机动等方向,探讨了基于数值方法、避障方法、运动伪装方法、博弈论以及编队轨迹规划方法等的求解框架及其在航天器隐蔽机动问题中的应用,为航天器隐蔽机动的轨迹规划与控制方法发展奠定了初步基础,为航天任务的隐蔽提供了一种新的解决思路。

关键词：隐蔽机动空间目标监视轨迹规划反监视博弈协同隐蔽

基于非奇异终端滑模的超低轨航天器姿态快速响应

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基于非奇异终端滑模的超低轨航天器姿态快速响应

基于对偶四元数的航天器在轨巡检姿轨耦合控制

2023中国自动化大会

作者：张雨绳涛赵勇谢雄陈致钧国防科技大学空天科学学院

本文以超低轨航天器为研究对象,在考虑气动力矩强摄动影响的条件下,以运动学和动力学方程为基础建立超低轨道航天器姿态动力学模型,在有限时间稳定性理论基础上设计基于非奇异终端滑模的控制方法,并利用lyapunov方法对控制器有限时间收... 详细信息

本文以超低轨航天器为研究对象,在考虑气动力矩强摄动影响的条件下,以运动学和动力学方程为基础建立超低轨道航天器姿态动力学模型,在有限时间稳定性理论基础上设计基于非奇异终端滑模的控制方法,并利用lyapunov方法对控制器有限时间收敛特性进行分析和证明,基于非奇异终端滑模的控制方法实现对超低轨航天器姿态进行快速响应控制。

关键词：超低轨航天器非奇异终端滑模有限时间气动力矩姿态控制

来源： cnki会议评论

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基于对偶四元数的航天器在轨巡检姿轨耦合控制

2023中国自动化大会

作者：董默楠王璟贤白玉铸陈致钧赵勇国防科技大学空天科学学院

在轨检测与维修等是延长航天器寿命的重要技术。当前在轨巡检技术对服务航天器的姿态以及位置都提出了要求,需要实现位姿同步控制,而传统串行控制方法无法满足实际任务的需求。针对这一问题,本文首先以低能量消耗为目标,考虑轨道动力学... 详细信息

在轨检测与维修等是延长航天器寿命的重要技术。当前在轨巡检技术对服务航天器的姿态以及位置都提出了要求,需要实现位姿同步控制,而传统串行控制方法无法满足实际任务的需求。针对这一问题,本文首先以低能量消耗为目标,考虑轨道动力学进行巡检轨迹规划。进一步基于对偶四元数构建姿轨一体化模型,设计一种有限时间终端滑模控制器。仿真结果表明,在扰动存在的情况下,控制器可以实现对目标航天器的姿轨耦合同步控制,并能有效跟踪巡检轨迹,完成对空间翻滚目标的姿态同步环绕。

关键词：在轨服务姿轨耦合对偶四元数滑模控制

来源： cnki会议评论

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低频超声透皮给药系统压电-声-热计算模型

振动．测试与诊断 2015年第6期35卷 1037-1043,1197页

作者：彭瀚旻陈致钧卢鹏辉冒林丽南京航空航天大学超声电机国家地方联合工程实验室南京210016 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

为分析低频超声透皮给药过程中由超声空化引起的发热问题,基于压电方程、热平衡方程和声压平衡方程,利用COMSOL有限元软件建立了低频超声透皮给药过程中压电-声-热耦合仿真计算模型。通过理论分析和FLIR热成像仪的温度测量实验,获得了... 详细信息

为分析低频超声透皮给药过程中由超声空化引起的发热问题,基于压电方程、热平衡方程和声压平衡方程,利用COMSOL有限元软件建立了低频超声透皮给药过程中压电-声-热耦合仿真计算模型。通过理论分析和FLIR热成像仪的温度测量实验,获得了系统在超声输入功率为5.5 W、频率为21kHz下的温度场分布与外表面最大温度变化曲线。超声换能器与低频超声透皮给药系统(空气中)的温度场分布及其最大温度值的仿真分析结果都与实验值一致,即在低频超声透皮给药过程中,药液中超声空化会造成声波大幅衰减,从而把部分声能直接转化为热能,导致药液温度快速上升,15min时外表面最高温度可达40℃,内部辐射头下方最大温度的理论值可达41.3℃,达到了低频超声透皮给药的温度安全要求(≤42℃)。计算与实验结果表明,所建立的压电-声-热耦合计算模型可以预测系统温度变化,可用于超声作用时间、换能器结构尺寸和材料参数的优化设计。

关键词：低频超声透皮给药超声换能器多场耦合有限元

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密封系统对低频超声透皮给药的影响

振动．测试与诊断 2016年第4期36卷 790-795,816-817页

作者：彭瀚旻卢鹏辉喻伯平陈致钧南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 南京航空航天大学超声电机国家地方联合工程实验室南京210016

为提高低频超声透皮给药过程中药液渗透率的控制精度,通过有限元计算分析,设计了一款具有密封结构的超声换能器,用以改变低频超声透皮给药系统中的药液压强。基于Franz扩散池的皮肤透皮体外实验的研究(包括人造皮肤与大鼠离体皮肤),获... 详细信息

为提高低频超声透皮给药过程中药液渗透率的控制精度,通过有限元计算分析,设计了一款具有密封结构的超声换能器,用以改变低频超声透皮给药系统中的药液压强。基于Franz扩散池的皮肤透皮体外实验的研究(包括人造皮肤与大鼠离体皮肤),获得了密封系统对透皮渗透量变化的影响规律。实验结果表明,超声空化、促渗剂与压强都可以改变药液渗透率,其中超声可以通过空化效应破坏皮肤表层结构进而促进渗透,而压强与超声、促渗剂相互结合则可以起到提高给药渗透精度的作用。提出的密封式超声换能器可通过压强变化初步实现调节低频超声透皮给药精度的目的,为进一步设计可调压强的低频超声给药系统奠定应用基础。

关键词：低频超声透皮给药超声换能器压强有限元

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低频超声透皮给药过程流场影响分析

振动．测试与诊断 2016年第6期36卷 1109-1115页

作者：彭瀚旻喻伯平毛婷朱攀丞陈致钧南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

针对低频超声透皮给药过程中声场和流场的促渗机理问题,基于压电方程、声压方程以及湍流k-ε模型,利用COMSOL有限元软件建立了其声-压电-流耦合仿真计算模型。通过理论分析和Franz体外透皮实验分别获得了给药系统中的声场与流场的大小... 详细信息

针对低频超声透皮给药过程中声场和流场的促渗机理问题,基于压电方程、声压方程以及湍流k-ε模型,利用COMSOL有限元软件建立了其声-压电-流耦合仿真计算模型。通过理论分析和Franz体外透皮实验分别获得了给药系统中的声场与流场的大小及分布,以及体外实验的超声促渗后的渗透量。仿真计算与实验结果表明:离体皮肤在超声作用下渗透量更大,皮肤上产生更多褶皱与空化穴,这说明存在空化效应与交变载荷,而后者可能是流场流动或涡流引起的;药液中流场沿超声换能器的辐射面下方流动到辐射面侧面,形成搅拌作用,且辐射面正下方的流速最大,当输入电功率为5.5 W时,可达0.55m/s,皮肤上方伴有较强涡流;流场在超声促渗中起搅拌与扩张皮肤通道的作用,对促渗起辅助作用。

关键词：低频超声透皮给药超声换能器流场有限元

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空间翻滚目标超近距离位姿跟踪控制研究

空间翻滚目标超近距离位姿跟踪控制研究

作者：陈致钧国防科技大学

学位级别：硕士

空间翻滚目标,是指由于部组件失效或达到了任务使用寿命,在不受控的状态下受到地球多源摄动力影响产生了翻滚运动特性的一类在轨运行航天器。为了延长翻滚失效航天器的使用寿命,需要进行空间在轨服务任务,如在轨故障维修、模块更换、燃... 详细信息

空间翻滚目标,是指由于部组件失效或达到了任务使用寿命,在不受控的状态下受到地球多源摄动力影响产生了翻滚运动特性的一类在轨运行航天器。为了延长翻滚失效航天器的使用寿命,需要进行空间在轨服务任务,如在轨故障维修、模块更换、燃料加注和碎片清除等。为了保障对空间翻滚目标在超近距离下进行在轨服务任务过程中的安全性及可靠性,需主动控制在轨服务航天器进行位姿同步飞行、安全接近等精确操作,研究多源干扰影响下超近距离快速、精确、安全的控制方法,以进一步满足后续对空间翻滚目标执行复杂外形观测重构、抓捕点选取与近距离对接等任务的需求。本文针对空间翻滚目标超近距离位姿跟踪控制问题具体研究了以下几个方面的内容:（1）空间翻滚目标相对运动建模方法。本文在对空间翻滚目标姿态运动描述的基础上,选定翻滚目标上抓捕位置为参考点,给出理想条件下参考点的相对位姿期望轨迹,利用对偶四元数方法给出了空间翻滚目标和服务航天器六自由度位姿相对运动模型。（2）空间翻滚目标同步飞行快速精准跟踪控制方法。在考虑存在外部未知扰动、参数不确定性条件下,提出了一种基于扩张状态观测器的快速终端滑模控制方法,实现了同步飞行姿轨耦合控制中快速响应、高精度跟踪的控制要求,并提高了控制系统的鲁棒性。（3）复杂外形空间翻滚目标安全接近控制方法。针对空间翻滚目标超近距离接近过程中会出现的碰撞风险问题,在综合考虑翻滚目标和服务航天器复杂外形基础上提出椭球最短距离计算方法,进一步设计了基于人工势函数的安全接近姿轨耦合控制方法,实现服务航天器对空间翻滚目标的安全接近控制。（4）搭建并演示了翻滚目标跟踪及接近地面实验。在对地面气浮平台实验系统的软件、硬件及和参数辨识方法进行介绍的基础上,针对同步飞行和安全接近任务场景进行了控制算法地面实验,验证了所提出控制方法的有效性。

关键词：空间翻滚目标跟踪控制同步飞行安全接近半实物仿真

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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基于飞行实测载荷的副翼操纵导数识别

西北工业大学学报 2024年第2期42卷 214-221页

作者：蒋献孟敏陈致名中国飞行试验研究院陕西西安710089 西北工业大学航空学院陕西西安710072

某型飞机横向操纵时副翼和扰流板会耦合偏转实现飞机的滚转运动,现有气动力参数辨识方法无法单独识别出副翼和扰流板的操纵导数。基于飞机控制律设计逻辑和滚转运动时结构的受载特点,提出一种基于飞行实测载荷的副翼操纵导数识别方法。... 详细信息

某型飞机横向操纵时副翼和扰流板会耦合偏转实现飞机的滚转运动,现有气动力参数辨识方法无法单独识别出副翼和扰流板的操纵导数。基于飞机控制律设计逻辑和滚转运动时结构的受载特点,提出一种基于飞行实测载荷的副翼操纵导数识别方法。通过实测机动飞行中机翼各测载剖面的结构载荷并结合剖面外结构质量与加速度分布,提出了机动飞行中机翼气动载荷的测量方法;结合飞机横向操纵瞬时滚转力矩平衡方程和操纵面偏转逻辑,推导了滚转改出时副翼操纵导数识别过程,提出了基于机翼实测载荷的副翼操纵导数识别方法;基于前述方法开展了副翼操纵导数识别,并分析了不同马赫数对副翼操纵导数的影响。研究表明,基于飞行实测载荷能够进行副翼操纵导数识别,而且同一马赫数下副翼操纵导数识别结果集中度较好,随着马赫数的增加,副翼操纵效能将会降低。飞行载荷实测结果可用于气动参数辨识工作中。

关键词：飞行实测载荷气动载荷副翼操纵导数参数辨识

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非合作目标安全走廊设计及飞越逼近轨迹优化

北京航空航天大学学报 2021年第9期47卷 1832-1840页

作者：王璟贤师鹏陈致钧赵勇白玉铸国防科技大学空天科学学院长沙410073 北京航空航天大学宇航学院北京100083

为提高空间非合作目标近距离逼近轨迹的安全性,同时对接近时间及所消耗燃料进行优化,针对空间失效自旋非合作目标近距离接近问题,给出了失效卫星动态安全走廊,并以飞越逼近方式抵达走廊入口,进一步提出了飞越逼近轨迹优化方法。首先,在... 详细信息

为提高空间非合作目标近距离逼近轨迹的安全性,同时对接近时间及所消耗燃料进行优化,针对空间失效自旋非合作目标近距离接近问题,给出了失效卫星动态安全走廊,并以飞越逼近方式抵达走廊入口,进一步提出了飞越逼近轨迹优化方法。首先,在建立失效卫星自旋模型的基础上,规划了安全区与禁飞区,提出了2种安全走廊的选择依据。其次,采用飞越逼近作为近距离接近方式,以节约燃料和缩短逼近时间为目标对两脉冲机动模型进行优化,选择3种优化算法得到接近轨迹。仿真结果表明:安全走廊的选择与卫星失效自旋的形式、外形以及接口位置有关;在飞越逼近两脉冲机动模型的优化问题中,采用Fgoalattain算法进行优化处理更具优越性。

关键词：非合作目标飞越逼近安全走廊轨迹优化安全接近