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在轨服务中的仿生抗冲击结构研究

宇航学报 2020年第8期41卷 1000-1007页

作者：王鑫岳晓奎代洪华袁建平西北工业大学航天学院西安710072 西北工业大学航天飞行动力学技术国家级重点实验室西安710072

针对在轨服务航天器末端执行器在抓捕目标时由于速度不匹配而产生的振动问题,本文受自然界中高速奔跑的袋鼠腿部结构启发,将嵌套仿生X形结构安装在服务航天器机械臂和抓捕机构之间,来抑制由碰撞所产生的抓捕后振动。通过对此系统在受到... 详细信息

针对在轨服务航天器末端执行器在抓捕目标时由于速度不匹配而产生的振动问题,本文受自然界中高速奔跑的袋鼠腿部结构启发,将嵌套仿生X形结构安装在服务航天器机械臂和抓捕机构之间,来抑制由碰撞所产生的抓捕后振动。通过对此系统在受到外冲击力下进行建模分析,并与传统的弹簧质量阻尼器和单层仿生X形结构的隔振性能进行对比,仿真结果表明,此嵌套仿生X形结构隔振系统具有更好的振动隔离效果,能够更加有效地抑制航天器抓捕后振动。

关键词：在轨服务嵌套仿生X形结构振动隔离冲击力

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在轨服务中空间系绳的应用及发展

宇航学报 2019年第10期40卷 1134-1145页

作者：孟中杰黄攀峰鲁迎波胡永新西北工业大学航天学院智能机器人研究中心西安710072 西北工业大学航天飞行动力学技术国家级重点实验室西安710072

针对空间系绳在空间在轨服务中的应用与发展问题,在简述空间系绳传统应用及试验情况的基础上,综述了空间绳系机器人、空间绳网机器人两类新在轨应用方式的研究和发展,主要包括动力学建模、结构设计、相对状态测量、逼近/抓捕控制、拖曳... 详细信息

针对空间系绳在空间在轨服务中的应用与发展问题,在简述空间系绳传统应用及试验情况的基础上,综述了空间绳系机器人、空间绳网机器人两类新在轨应用方式的研究和发展,主要包括动力学建模、结构设计、相对状态测量、逼近/抓捕控制、拖曳变轨等。最后进一步讨论了空间系绳未来的研究方向。

关键词：空间系绳在轨服务空间绳系机器人空间绳网

用于在轨服务的多天线差分GNSS相对定位研究

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航天器工程 2022年第5期31卷 43-50页

作者：胡兆俊陈宏宇范森权常亮中国科学院微小卫星创新研究院上海200135 中国科学院大学北京100049 上海科技大学上海201210

针对执行在轨服务任务中的航天器姿态运动引起共视天区变化进而导致差分全球导航卫星系统(GNSS)中断的问题,文章基于矢量运算原理提出了天线间观测量组合差分的方法,并通过搭建差分GNSS半物理仿真系统,模拟在轨服务近距离任务场景,验证... 详细信息

针对执行在轨服务任务中的航天器姿态运动引起共视天区变化进而导致差分全球导航卫星系统(GNSS)中断的问题,文章基于矢量运算原理提出了天线间观测量组合差分的方法,并通过搭建差分GNSS半物理仿真系统,模拟在轨服务近距离任务场景,验证天线间观测量组合差分方法在航天器姿态运动下的差分GNSS数据输出。结果表明:该方法能有效增加任务航天器与目标航天器间的共视卫星数量,提升了在轨服务任务中差分GNSS相对定位的稳定性,可为基于差分GNSS相对导航的在轨服务任务设计提供参考。

关键词：观测量组合差分GNSS 在轨服务相对定位

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交互式感知遥操作在轨服务的展望

航天控制 2022年第1期40卷 3-10页

作者：彭世刚王鹏飞程祥于猛中国空间技术研究院钱学森实验室北京100094 北京理工大学北京100081

以交互式感知空间遥操作在空间在轨服务上的应用为背景,首先阐述了当前国内外交互式遥操作机器人在航天技术上的工程案例,探究交互式感知空间遥操作机器人的主要技术组成及核心难点与当前主流技术方法与研究进展,讨论了开展交互式感知... 详细信息

以交互式感知空间遥操作在空间在轨服务上的应用为背景,首先阐述了当前国内外交互式遥操作机器人在航天技术上的工程案例,探究交互式感知空间遥操作机器人的主要技术组成及核心难点与当前主流技术方法与研究进展,讨论了开展交互式感知遥操作研究的必要性和急迫性,在此基础上展望了交互式感知遥操作在轨服务中的应用,讨论了今后的研究方向,提出了视觉反馈+力反馈+局部自主智能+辅助装配+路径规划+机械臂运动规划的技术路线。

关键词：在轨服务遥操作人机交互增强现实

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在轨服务航天器扰动抑制控制技术研究

在轨服务航天器扰动抑制控制技术研究

作者：单钰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

为了满足进一步开发利用太空的要求,航天器的性能和工作状态要求越来越高,在轨服务技术因此逐渐发展起来。服务航天器的星上载荷在工作时会产生扰动,扰动对服务航天器的姿态稳定和轨道控制会造成影响,因此如何抑制该扰动具有重要的研究... 详细信息

为了满足进一步开发利用太空的要求,航天器的性能和工作状态要求越来越高,在轨服务技术因此逐渐发展起来。服务航天器的星上载荷在工作时会产生扰动,扰动对服务航天器的姿态稳定和轨道控制会造成影响,因此如何抑制该扰动具有重要的研究价值和应用背景。本文研究了在轨服务任务中航天器悬停和绕飞控制过程的扰动抑制技术。首先,查阅了相关文献,总结了在轨服务技术和航天器近距离相对运动控制的现状,并分析了发展趋势。介绍了使用T-H方程描述航天器在椭圆参照轨道下的相对轨道动力学,利用姿态的四元数来描述航天器之间的相对姿态,并介绍了本文所需的控制理论。随后,针对星上载荷工作产生的扰动影响在轨服务航天器悬停控制的问题,研究了三种干扰观测器对扰动的抑制作用,分别设计了非线性干扰观测器、指数收敛干扰观测器和扩张状态干扰观测器来补偿扰动对系统的影响。结合PD控制器进行仿真,分析结果可知,上述观测器都能较好地跟踪扰动;指数收敛干扰观测器跟踪扰动的速度快于非线性干扰观测器;扩张状态干扰观测器不但可以估计扰动,还能够对位置和速度进行估计。针对滑模控制具有响应快、对扰动不敏感的特点,研究了将干扰观测器和滑模控制器结合补偿星上载荷工作产生扰动的方法,分别将线性滑模控制器,非奇异终端滑模控制器和非奇异快速终端滑模控制器与干扰观测器结合得到了三种扰动抑制方法。仿真表明,基于线性滑模控制器的方法能够实现悬停控制,但存在抖振;基于非奇异终端滑模控制器的方法减轻了抖振现象,收敛速度优于基于线性滑模控制器的且能实现有限时间控制;基于非奇异快速终端滑模控制器的方法收敛速度优于基于非奇异终端滑模控制器的。最后,针对存在星上载荷工作产生的扰动的航天器绕飞控制问题,研究了一种基于六自由度模型的航天器绕飞控制器和干扰观测器的扰动抑制控制方法。仿真结果表明,该方法能保证航天器在存在扰动的情况下实现绕飞控制,并且系统对于扰动的估计误差是输入-状态稳定的。

关键词：在轨服务扰动抑制干扰观测器滑模控制

GEO在轨服务任务建模与强化学习服务序列规划

同方学位论文库评论

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空间控制技术与应用 2022年第3期48卷 39-48页

作者：蔡亚星王兴龙朱阅訸国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073 中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094

面向地球同步轨道卫星故障修复和功能维护的在轨服务系统是我国正在建设发展的重要航天系统工程之一.针对地球同步轨道多目标服务任务规划问题,提出了一种在轨服务任务建模与强化学习服务序列规划方法.推导了航天器轨道动力学模型和霍曼... 详细信息

面向地球同步轨道卫星故障修复和功能维护的在轨服务系统是我国正在建设发展的重要航天系统工程之一.针对地球同步轨道多目标服务任务规划问题,提出了一种在轨服务任务建模与强化学习服务序列规划方法.推导了航天器轨道动力学模型和霍曼-兰伯特四脉冲交会模型,针对几种典型的地球同步轨道在轨服务任务建立了任务模型,基于强化学习设计了目标卫星服务序列规划方法,并通过数值仿真验证了任务规划方法的有效性.仿真结果表明,该方法能够真实全面地反映服务卫星在目标交会和任务执行过程中的轨道参数改变以及速度增量和时间消耗,规划得到的最优服务序列更具工程实用性.

关键词：地球同步轨道在轨服务任务建模服务序列规划强化学习

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在轨服务航天器对失控目标的姿态同步控制

哈尔滨工业大学学报 2012年第1期44卷 1-6页

作者：耿云海卢伟陈雪芹哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150080

研究在轨服务航天器逼近与捕获失控目标过程中姿态同步的控制问题,设计了一种基于姿态四元数的姿态跟踪控制算法.通过建立服务航天器相对失控目标的姿态运动学与动力学,将服务航天器跟踪失控目标航天器姿态的控制问题转化为相对姿态的... 详细信息

研究在轨服务航天器逼近与捕获失控目标过程中姿态同步的控制问题,设计了一种基于姿态四元数的姿态跟踪控制算法.通过建立服务航天器相对失控目标的姿态运动学与动力学,将服务航天器跟踪失控目标航天器姿态的控制问题转化为相对姿态的控制问题.考虑未知干扰和控制力矩受限的因素,并以相对姿态四元数的二阶形式描述相对姿态动力学,利用反馈线性化原理和自适应算法的思想,设计姿态同步的非线性反馈控制律.数学仿真的结果表明,设计的控制算法是有效的,具有较好的跟踪性能.

关键词：在轨服务逼近与捕获失控目标姿态同步非线性控制

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面向编队卫星的空间系绳在轨服务

系统工程与电子技术 2021年第3期43卷 806-813页

作者：严冰张进罗亚中国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

针对编队卫星的在轨服务任务,提出一种基于绳系卫星系统的服务方案。该系统由质量较小的服务航天器和质量较大的燃料站通过系绳连接构成,以被服务编队卫星参考中心为原点建立坐标系与相对动力学模型。基于伪谱法研究了综合考虑系绳的状... 详细信息

针对编队卫星的在轨服务任务,提出一种基于绳系卫星系统的服务方案。该系统由质量较小的服务航天器和质量较大的燃料站通过系绳连接构成,以被服务编队卫星参考中心为原点建立坐标系与相对动力学模型。基于伪谱法研究了综合考虑系绳的状态与控制约束的绳系多星服务最优控制策略。以空间圆构型的编队卫星为例,分别分析了绳系卫星系统和单卫星平台服务3/4/5颗编队卫星的推进剂消耗,并讨论了绳系系统的优势与不足。仿真结果表明,绳系服务比单卫星平台的方式节省推进剂,而且服务目标数越多时优势越明显。

关键词：在轨服务编队卫星绳系卫星系统伪谱法

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在轨服务航天器任务指派问题

国防科技大学学报 2013年第5期35卷 26-30,51页

作者：梁彦刚王伟林国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073

一个在轨服务可有多种服务选择,必须进行合理的任务指派。首先求解服务航天器满足燃耗约束下的可达区域,筛选出满足可达范围要求的目标航天器。然后,以任务执行时间、燃料消耗和航天器服务优先级为优化目标,研究多目标的任务指派问题。... 详细信息

一个在轨服务可有多种服务选择,必须进行合理的任务指派。首先求解服务航天器满足燃耗约束下的可达区域,筛选出满足可达范围要求的目标航天器。然后,以任务执行时间、燃料消耗和航天器服务优先级为优化目标,研究多目标的任务指派问题。通过设计决策变量,考虑时间、燃耗等约束,建立了基于0-1整数规划的任务模型,采用NSGA-Ⅱ算法,求得问题的Pareto最优集,得到多组可供任务设计者选择自己偏好的折中方案。给出了两个多目标优化的仿真算例,算例一给出了任务指派的一般研究结论,算例二对比了另外一种算法:分层-加权法。仿真结果表明利用给出的方法可以较好地解决多目标下在轨服务任务指派问题。

关键词：在轨服务可达区域任务指派多目标整数规划 NSGA-Ⅱ