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多节点柔性着陆器非一致约束处理方法

深空探测学报(中英文) 2024年

作者：柴敬轩吴新裕龚有敏梅杰马广富哈尔滨工业大学(深圳)

针对新型的多节点柔性着陆器，协同下降轨迹规划中的非一致约束问题，提出了一种基于控制障碍函数的分布式优化方法，使每个节点仅需要其邻居的相对距离信息即可求解出各节点的无冲突下降轨迹，希望通过多节点和柔性连接的配置提高着陆... 详细信息

针对新型的多节点柔性着陆器，协同下降轨迹规划中的非一致约束问题，提出了一种基于控制障碍函数的分布式优化方法，使每个节点仅需要其邻居的相对距离信息即可求解出各节点的无冲突下降轨迹，希望通过多节点和柔性连接的配置提高着陆器附着的成功率。通过两种典型的多节点柔性着陆器协同下降仿真，论证了所提方法的有效性。为解决多节点柔性着陆器的非一致约束问题提供了一种新的思路。

关键词：多节点柔性着陆器非一致约束小行星柔性附着控制障碍函数分布式优化

一种超参数自适应航天器交会变轨策略优化方法

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宇航学报 2024年第1期45卷 52-62页

作者：孙雷翔郭延宁邓武东吕跃勇马广富哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳518055 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 上海卫星工程研究所上海201109

利用强化学习技术,本文提出了一种超参数自适应的燃料最优地球同步轨道(GEO)航天器交会变轨策略优化方法。首先,建立了GEO航天器交会Lambert变轨模型。以变轨时刻为决策变量、燃料消耗为适应度函数,使用改进式综合学习粒子群算法(ICLPSO... 详细信息

利用强化学习技术,本文提出了一种超参数自适应的燃料最优地球同步轨道(GEO)航天器交会变轨策略优化方法。首先,建立了GEO航天器交会Lambert变轨模型。以变轨时刻为决策变量、燃料消耗为适应度函数,使用改进式综合学习粒子群算法(ICLPSO)作为变轨策略优化的基础方法。其次,考虑到求解的最优性和快速性,重新设计了以粒子群算法(PSO)优化结果为参考基线的奖励函数。使用一族典型GEO航天器交会工况训练深度确定性策略梯度神经网络(DDPG)。将DDPG与ICLPSO组合为强化学习粒子群算法(RLPSO),从而实现算法超参数根据实时迭代收敛情况的自适应动态调整。最后,仿真结果表明与PSO、综合学习粒子群算法(CLPSO)相比,RLPSO在较少迭代后即可给出适应度较高的规划结果,减轻了迭代过程中的计算资源消耗。

关键词：地球同步轨道 Lambert变轨强化学习粒子群算法深度确定性策略梯度

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复杂任务区域的区域划分与覆盖路径规划

无人系统技术 2024年第1期7卷 97-105页

作者：崔宝艺吕跃勇秦文宇马广富哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院深圳518000 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150000

多无人机对指定区域进行巡飞探测,在地理测绘、抢险救灾等领域起到重要作用。针对多无人机对凸/非凸多边形区域的覆盖问题,开展了复杂目标区域的区域划分以及覆盖路径规划技术研究。首先,建立了无人机飞行运动模型和指定区域的边界描述... 详细信息

多无人机对指定区域进行巡飞探测,在地理测绘、抢险救灾等领域起到重要作用。针对多无人机对凸/非凸多边形区域的覆盖问题,开展了复杂目标区域的区域划分以及覆盖路径规划技术研究。首先,建立了无人机飞行运动模型和指定区域的边界描述。然后,针对目标区域为凸多边形与非凸多边形两种情况,同时考虑区域凸分解与集群覆盖效率优化,分别提出了基于线扫描的凸区域划分方法与基于Delaunay三角剖分的非凸区域划分方法。接着,考虑无人机运动学约束与能量消耗最小化,提出了一种最小转弯半径约束下的Z型覆盖路径。最后,通过数值仿真验证了本文所提方法的有效性。结果表明,所提方法可以对凸/非凸多边形区域实现凸划分并减小了各子区域面积差异,提高了集群总覆盖效率,覆盖路径规划方法使路径总长相较于未沿主轴覆盖时减小了26%,转弯路径占比减小了36%。

关键词：区域覆盖多无人机非凸区域划分 Delaunay剖分非线性整数规划 Z型覆盖路径

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基于自适应未知输入观测器的多故障快速重构

系统工程与电子技术 2022年第7期44卷 2364-2373页

作者：高升马广富郭延宁哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001 中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016

针对一类非线性函数中耦合执行器故障的非线性动态系统,提出一种基于自适应未知输入观测器的多故障快速重构方法,通过引入比例项提高故障重构的快速性。首先,将执行器故障进行解耦处理并构建包含传感器故障的增广系统。然后,综合H_(∞)... 详细信息

针对一类非线性函数中耦合执行器故障的非线性动态系统,提出一种基于自适应未知输入观测器的多故障快速重构方法,通过引入比例项提高故障重构的快速性。首先,将执行器故障进行解耦处理并构建包含传感器故障的增广系统。然后,综合H_(∞)性能指标给出状态估计误差的稳定性证明。接着,将观测器增益矩阵的求解转化为受线线矩阵不等式约束的非线性优化问题,并实现执行器故障和传感器故障的多故障重构。最后,结合单关节柔性机器人算例仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：多故障诊断故障重构快速自适应未知输入观测器非线性系统线性矩阵不等式

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一类伴有部分解耦干扰的非线性系统故障诊断

控制理论与应用 2023年

作者：马广富高升郭延宁哈尔滨工业大学航天学院中国科学院机器人与智能制造创新研究院中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室

针对Lipschitz非线性系统执行器故障检测和传感器故障估计问题,提出了一种基于H-/L∞未知输入观测器的有限频域故障诊断策略.首先,将系统处理成包含传感器故障的增广系统.然后,将该系统的未知输入干扰分为可解耦与不可解耦两部分.针对... 详细信息

针对Lipschitz非线性系统执行器故障检测和传感器故障估计问题,提出了一种基于H-/L∞未知输入观测器的有限频域故障诊断策略.首先,将系统处理成包含传感器故障的增广系统.然后,将该系统的未知输入干扰分为可解耦与不可解耦两部分.针对可解耦部分,利用观测器匹配条件将其从估计误差中消除.针对不可解耦部分,设计L∞指标抑制其对残差的影响并结合有限频域H-指标提高执行器故障检测灵敏度.接着,给出观测器存在的充分条件并将其转化为受LMIs约束的线性优化问题,实现了执行器故障的鲁棒检测及传感器故障的鲁棒估计.最后,结合仿真算例验证了所提方法的正确性与有效性.

关键词：故障检测故障估计 H-指标 L 指标有限频域 Lipschitz非线性系统

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深空探测器指令序列智能执行技术进展

宇航学报 2023年第11期44卷 1645-1658页

作者：柴敬轩赵寒冰梅杰马广富哈尔滨工业大学(深圳) 深圳518055

通过论述深空探测器指令执行的基本概念及发展过程,对现有指令执行方式及存在问题进行了分析。通过列举已经成功应用的智能化探测器典型案例,指出指令序列智能执行是深空探测器指令执行未来的发展趋势。归纳并总结出两种实现指令序列智... 详细信息

通过论述深空探测器指令执行的基本概念及发展过程,对现有指令执行方式及存在问题进行了分析。通过列举已经成功应用的智能化探测器典型案例,指出指令序列智能执行是深空探测器指令执行未来的发展趋势。归纳并总结出两种实现指令序列智能执行的方法及其应用实例,包括规划-执行相结合的智能执行方法和基于模型推演的智能执行方法,并以ASTERIA任务为例进行了详细论述。综上提出了未来指令序列智能执行三个重点研究方向:指令序列重构;指令序列鲁棒执行;指令执行在线监控。最后对探测器指令序列智能执行技术的研究方向进行了展望。

关键词：深空探测器指令序列任务规划智能自主运行

采用SOM算法的软体机械臂三维形状实时感知

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哈尔滨工业大学学报 2023年第4期55卷 8-17页

作者：邹双全吕跃勇管清华刘立武马广富哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150001

为实现软体机械臂精确的三维形状实时估计,奠定变形控制与应用的基础性工作,针对三段式软体机械臂,提出了一种基于自组织映射(Self-organizing map,SOM)算法的三维空间形状实时感知方法。首先,对ZED双目相机捕捉到的左、右图像帧进行图... 详细信息

为实现软体机械臂精确的三维形状实时估计,奠定变形控制与应用的基础性工作,针对三段式软体机械臂,提出了一种基于自组织映射(Self-organizing map,SOM)算法的三维空间形状实时感知方法。首先,对ZED双目相机捕捉到的左、右图像帧进行图像预处理,得到左、右二值图像,并实时提取软体机械臂的二维轮廓数据。然后,采用SOM算法对轮廓数据进行聚类,有序得到软体机械臂二维中心线的多个骨干点,并与K均值,高斯混合模型以及细化3种中心线提取算法进行了对比研究,进一步表明SOM算法更适用于解决软体机械臂复杂形状的中心线辨识。最后,通过基于双目视差的三角测距模型完成软体机械臂的三维形状重构。该算法还采用数据降采样、SOM参数优化等方法,提高算法框架的实时性能。针对软体机械臂连续形变过程,进行了实时形状传感实验和对比验证实验。实验结果表明,该算法具有较高的形状感知精度和较好的实时跟踪效果。不仅如此,与其他文献中提出的形状检测算法相比,该算法也具有较好的性能。

关键词：软体机械臂形状感知自组织映射(SOM)算法三角测距双目视觉

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有向网络下非线性多智能体系统的协调跟踪

控制与决策 2011年第12期26卷 1861-1864,1871页

作者：马广富梅杰哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

基于一致性理论,在在有向拓扑结构下研究非线性多智能体系统的协调跟踪控制问题.考虑智能体动力学模型为一般且仅满足Lipschitz条件的非线性系统,在仅有部分跟随智能体能获取领航智能体信息的情形下,当领航智能体与跟随智能体之间的拓... 详细信息

基于一致性理论,在在有向拓扑结构下研究非线性多智能体系统的协调跟踪控制问题.考虑智能体动力学模型为一般且仅满足Lipschitz条件的非线性系统,在仅有部分跟随智能体能获取领航智能体信息的情形下,当领航智能体与跟随智能体之间的拓扑结构具有有向生成树,即存在领航智能体到所有跟随智能体的有向路径时,所设计的分布式控制律可实现所有跟随智能体对领航智能体的跟踪,并指出该拓扑结构是系统实现跟踪的一个必要条件.最后,仿真实验验证了所设计控制算法的有效性.

关键词：多智能体系统协调跟踪分布式控制非线性系统

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欠驱动航天器姿态调节滑模控制

哈尔滨工业大学学报 2012年第9期44卷 1-6页

作者：马广富刘刚黄静哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对欠驱动航天器的姿态调节问题,设计了基于滑模变结构控制方法的控制器.给出基于四元数的三轴稳定欠驱动航天器动力学模型和运动学模型,在此基础上首先利用广义逆和二阶滑模趋近律设计了航天器欠驱动轴的姿态调节控制律,给出了欠驱动... 详细信息

针对欠驱动航天器的姿态调节问题,设计了基于滑模变结构控制方法的控制器.给出基于四元数的三轴稳定欠驱动航天器动力学模型和运动学模型,在此基础上首先利用广义逆和二阶滑模趋近律设计了航天器欠驱动轴的姿态调节控制律,给出了欠驱动轴控制器所具有的一般形式,分析了控制器的可实现性,并引入微小摄动量以保证控制器解的存在,在保证欠驱动轴稳定的情况下,又设计了一阶滑模趋近律控制器实现可控轴的调节,最后证明了该控制方法在干扰作用下是有界稳定的,并进行了数值仿真,验证了所推导控制律对欠驱动航天器姿态调节控制的有效性.

关键词：姿态调节控制欠驱动航天器滑模控制广义逆