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灵敏小卫星能量/姿态一体化控制研究

北京航空航天大学学报 2005年第6期31卷 668-672页

作者：汤亮徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100083

研究应用变速控制力矩陀螺群(VSCMGs,VariableSpeedControlMomentGyros)作为主执行机构,完成灵敏小卫星多目标快速姿态机动时的能量姿态一体化控制问题.在考虑执行机构饱和、机动任务要求和敏感器测量与跟踪能力受限等情况下,设计了非... 详细信息

研究应用变速控制力矩陀螺群(VSCMGs,VariableSpeedControlMomentGyros)作为主执行机构,完成灵敏小卫星多目标快速姿态机动时的能量姿态一体化控制问题.在考虑执行机构饱和、机动任务要求和敏感器测量与跟踪能力受限等情况下,设计了非线性的姿态能量一体化控制器,对由于频繁的姿态机动引起的姿态四元数的漂移进行了整定.设计了VSCMGs的操纵律.按是否接近框架构型奇异,合理分配了操纵任务,并设计了相应的操纵方法.对采用金字塔构型的VSCMGs进行了较为严格的仿真,结果表明卫星在机动中达到了快速和稳定的要求,同时能够满足能量控制要求和VSCMGs转子转速的平衡.

关键词：控制力矩陀螺仪姿态控制能量转换

航天器椭圆轨道自主交会的自适应学习控制策略

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航空学报 2009年第1期30卷 127-131页

作者：卢山徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100191

提出了一种在缺少绝对轨道信息时的航天器椭圆轨道自主交会方法。利用Lawden方程描述椭圆轨道下的两星相对运动关系,并将方程中的时变参数单独归类。在假设这些时变参数无法得到的情况下,采用Lyapunov方法设计了椭圆轨道下自主交会的参... 详细信息

提出了一种在缺少绝对轨道信息时的航天器椭圆轨道自主交会方法。利用Lawden方程描述椭圆轨道下的两星相对运动关系,并将方程中的时变参数单独归类。在假设这些时变参数无法得到的情况下,采用Lyapunov方法设计了椭圆轨道下自主交会的参数估计规则和自适应学习控制律。仿真结果表明,在只有相对状态信息的情况下,估计参数有效地跟踪了真实参数的变化,所设计的控制律能够实现椭圆轨道下航天器的自主交会。

关键词：空间交会 Lyapunov方法自适应算法学习法则参数估计

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柔性航天器IPACS建模与动力学分析

北京航空航天大学学报 2006年第4期32卷 377-381页

作者：张军徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100083

利用拟坐标下的拉格朗日方程和动量矩定理,建立了带变速控制力矩陀螺群(VSCMGs,Variable Speed Control Moment Gyroscopes)的柔性航天器的能量/姿态一体化控制系统(IPACS,Integrated Power/Attitude Control System)的动力学模型,该模型适合于姿态控制律设计及VSCMGs操纵律设计.采用动量管理和VSCMGs构型选取相结合的方法,有效地避免了VSCMGs设计时可能出现的奇异问题.分析了采用VSCMGs的柔性航天器IPACS中的动力学耦合问题,并以某大型航天器为例进行了数值仿真.分析和仿真结果显示出,当VSCMGs的力矩轴接近(或陷入)奇异或进行储/放能切换时,VSCMGs都会对柔性附件造成显著影响.

关键词：动力学能量存储陀螺分析空间飞行器柔性结构

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基于退步控制方法的绳系卫星回收张力控制

北京航空航天大学学报 2010年第1期36卷 26-30页

作者：钟睿徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100191

利用退步控制方法研究了绳系卫星系统TSS(Tethered Satellite System)的平面内回收控制问题,提出了一种新的张力控制律.该控制律设计由两步组成:首先利用退步控制将摆角稳定到目标值,然后通过设计摆角的目标值实现系绳的回收和回收速度... 详细信息

利用退步控制方法研究了绳系卫星系统TSS(Tethered Satellite System)的平面内回收控制问题,提出了一种新的张力控制律.该控制律设计由两步组成:首先利用退步控制将摆角稳定到目标值,然后通过设计摆角的目标值实现系绳的回收和回收速度的控制.控制率设计了分段连续的目标角度方案和延时环节,可以使TSS回收过程各状态量变化平滑.数值仿真结果表明,该控制律在圆轨道、近圆轨道和大偏心率的椭圆轨道都有很好的控制效果.

关键词：绳系卫星系统控制规律退步控制方法子星回收

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基于SSUKF的航天器自主导航算法

北京航空航天大学学报 2007年第2期33卷 127-131页

作者：刘勇徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100083

针对航天器自主导航系统对稳定性、精确性和实时性的要求,将超球面分布采样点变换SSUT(Spherical Simplex Unscented Transformation)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)相结合,研究了基于SSUT的UKF(SSUKF)导航滤波算法.由于SSUT减少了采样点个... 详细信息

针对航天器自主导航系统对稳定性、精确性和实时性的要求,将超球面分布采样点变换SSUT(Spherical Simplex Unscented Transformation)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)相结合,研究了基于SSUT的UKF(SSUKF)导航滤波算法.由于SSUT减少了采样点个数,在保证滤波精度和标准UKF相当的条件下减轻了计算负担.根据UKF和扩展卡尔曼滤波(EKF)计算过程相似的特点,设计了SSUKF和EKF相结合的混合卡尔曼滤波算法.算法通过能够度量估计误差的模式切换函数,可以自适应地在SSUKF和EKF之间切换,避免了UKF计算效率低以及EKF对滤波参数敏感、容易发散的缺点.数值仿真结果表明,混合卡尔曼滤波器提高了计算效率,保证了估计精度,具有良好的鲁棒性,适合于航天器自主导航系统.

关键词：自主导航卡尔曼滤波采样变换混合滤波

带VSCMGs的航天器姿态稳定及功率补偿控制

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北京航空航天大学学报 2013年第2期39卷 201-205页

作者：田林徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100191

基于变速控制力矩陀螺群动力学模型建立其复合控制方程和分系统解耦约束方程,用矩阵投影方法同步设计得到航天器姿态与能量一体控制复合操纵律,利用Lyapunov方法分析了转子轴向惯量误差对姿态控制分系统的影响.根据飞轮转子轴向惯量与... 详细信息

基于变速控制力矩陀螺群动力学模型建立其复合控制方程和分系统解耦约束方程,用矩阵投影方法同步设计得到航天器姿态与能量一体控制复合操纵律,利用Lyapunov方法分析了转子轴向惯量误差对姿态控制分系统的影响.根据飞轮转子轴向惯量与功率输出之间的误差关系设计出功率控制补偿器.复合操纵律中的力矩和功率两解形式相同,约束方程使得姿态与能量控制两分系统解耦,便于进行考虑执行机构特性的闭环控制系统性能分析.考虑飞轮转子轴向惯量误差时,姿态控制分系统的输出耗散特性使其能够保持稳定,而功率控制分系统输出误差与转子轴向惯量误差成比例关系,经过补偿后功率输出能满足控制要求.

关键词：航天器姿态控制变速控制力矩陀螺群 Lyapunov方法功率补偿

一种无奇异的求解Lambert变轨的普适变量法

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北京航空航天大学学报 2010年第4期36卷 399-402页

作者：彭坤徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100191

传统的普适变量法求解Lambert转移轨道的变轨点速度时,在两位置矢量夹角为180°处出现奇异,且用牛顿迭代法求解普适变量会丢失部分重要的解.通过公式变换消除奇异项而推导出一种无奇异的速度求解公式;且根据转移轨道的圈数对普适变量的... 详细信息

传统的普适变量法求解Lambert转移轨道的变轨点速度时,在两位置矢量夹角为180°处出现奇异,且用牛顿迭代法求解普适变量会丢失部分重要的解.通过公式变换消除奇异项而推导出一种无奇异的速度求解公式;且根据转移轨道的圈数对普适变量的取值范围进行分段,在每个区间用人工免疫算法AIA(Artificial Immune Algorithm)搜索普适变量正确解,解出所有Lambert转移轨道并从中选择最优转移轨道.仿真算例表明:这种改进的普适变量法能有效避免传统普适变量法的奇异性,而且能求得所有的Lambert转移轨道并得到燃料消耗最优的转移轨道.

关键词：普适变量法奇异性 Lambert变轨人工免疫算法

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基于扩张状态观测器的飞轮故障检测与恢复

北京航空航天大学学报 2008年第11期34卷 1272-1275页

作者：金磊徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100191

飞轮是卫星姿态控制系统中的主要执行部件,实现其自主故障检测与恢复对于维持卫星正常姿态具有很重要的意义.在建立了精确飞轮开环系统模型的基础上,设计了二阶非线性连续扩张状态观测器ESO(Extended State Observer).将飞轮故障视为系... 详细信息

飞轮是卫星姿态控制系统中的主要执行部件,实现其自主故障检测与恢复对于维持卫星正常姿态具有很重要的意义.在建立了精确飞轮开环系统模型的基础上,设计了二阶非线性连续扩张状态观测器ESO(Extended State Observer).将飞轮故障视为系统外扰,并假设其余外扰是小量可忽略,则利用此ESO不仅能实时得到飞轮开环系统的状态量,当飞轮发生故障时更能快速准确地估计出故障量.因而无需产生系统残差即可直接进行故障检测,同时根据故障量的大小对系统输入即驱动电压进行补偿,使飞轮转速仍能维持正常值,保证卫星姿态不受故障影响.数值仿真验证了此方法的有效性.

关键词：飞轮非线性系统扩张状态观测器故障检测故障恢复

基于遗传算法的最优Lambert双脉冲转移

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北京航空航天大学学报 2007年第3期33卷 273-277页

作者：陈统徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100083

研究了初始位置和转移时间不固定的Lambert双脉冲轨道转移的数值解,用三维图和截面图直观显示了初始位置、转移时间和速度增量的关系,并说明了其在实际工程任务中的应用价值.基于数值解,提出了Lambert双脉冲轨道转移的优化问题.目标是... 详细信息

研究了初始位置和转移时间不固定的Lambert双脉冲轨道转移的数值解,用三维图和截面图直观显示了初始位置、转移时间和速度增量的关系,并说明了其在实际工程任务中的应用价值.基于数值解,提出了Lambert双脉冲轨道转移的优化问题.目标是找到最优初始位置和转移时间,使燃料和时间的加权和最小.给出了遗传算法求解该优化问题的设计步骤.该算法应用于2个算例:①平面圆轨道的燃料最优转移,并将遗传算法和Hohmann转移的结果进行了比较;②椭圆轨道、初始位置有约束的燃料和时间最优转移.结果说明了遗传算法寻找最优转移解是准确有效的.

关键词：轨道转移最优化遗传算法