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空间飞行器自主诊断重构的理论和方法

宇航学报 2023年第4期44卷 546-557页

作者：王大轶屠园园张香燕符方舟北京空间飞行器总体设计部北京100094 中山大学航空航天学院深圳518000

面向我国深空探测任务对空间飞行器安全可靠自主运行提出的迫切需求,研究了空间飞行器自主诊断重构技术。针对空间飞行器诊断重构能力确定于设计之初、受制于有限资源等特点,提出了着力于系统评价设计过程的自主诊断重构方法。首先,分... 详细信息

面向我国深空探测任务对空间飞行器安全可靠自主运行提出的迫切需求,研究了空间飞行器自主诊断重构技术。针对空间飞行器诊断重构能力确定于设计之初、受制于有限资源等特点,提出了着力于系统评价设计过程的自主诊断重构方法。首先,分析了国内外研究现状并梳理了后续的待突破难点。其次,以可诊断性与可重构性理论为指导,提出了正常模式与故障模式一体化设计方法、故障诊断与系统重构一体化设计方法,在设计阶段通过资源配置和诊断重构方案的综合优化实现系统诊断重构能力最大化。然后,提出了基于能力在轨评估的诊断重构方案动态调整方法,在运行阶段通过诊断重构过程的自适应调整保持系统最优状态,进而从全寿命周期提升系统的诊断重构能力。最后,进行了总结与展望。

关键词：空间飞行器自主诊断重构可诊断性可重构性一体化设计

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空间飞行器拦截隐蔽末制导律研究

空天技术 2023年第6期2023卷 23-29,52页

作者：方驰南京理工大学南京210094

针对空间飞行器末段拦截目标制导过程中易被敌方雷达探测无法提高突防生存的问题,提出了一种空间拦截隐蔽滑模末制导律。该隐蔽制导律将主动蛇形机动信号与滑模制导律进行一体化设计,将视线倾角和偏角设计成两个切换面函数。在滑模面设... 详细信息

针对空间飞行器末段拦截目标制导过程中易被敌方雷达探测无法提高突防生存的问题,提出了一种空间拦截隐蔽滑模末制导律。该隐蔽制导律将主动蛇形机动信号与滑模制导律进行一体化设计,将视线倾角和偏角设计成两个切换面函数。在滑模面设计时,将饱和函数应用于控制函数中,并让两个视线角趋于零值,实现成功拦截目标卫星同时隐蔽飞行的任务。仿真验证了隐蔽末制导律不仅能实现飞行器隐蔽飞行,提高突防生存能力,而且能实现拦截目标精准制导效果。相比于比例制导律而言,隐蔽末制导律的优势在于提高命中敌方概率的同时提高了突防能力。

关键词：空间飞行器隐蔽性能空间突防隐蔽末制导律滑模制导

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基于干扰力矩补偿的空间飞行器姿态控制方法

导弹与航天运载技术 2022年第3期 76-81页

作者：邓博炜田源王悦金文北京航天长征飞行器研究所北京100076

考虑质心漂移、轨控推力偏心和推力偏移这几个引起干扰力矩的主要误差源,建立了空间飞行器的姿态动力学方程,选取惯组测得的角速度作为量测变量,通过可观测性秩条件对该系统的可观测性进行了分析,证明各姿态控制通道的总轨控干扰力矩均... 详细信息

考虑质心漂移、轨控推力偏心和推力偏移这几个引起干扰力矩的主要误差源,建立了空间飞行器的姿态动力学方程,选取惯组测得的角速度作为量测变量,通过可观测性秩条件对该系统的可观测性进行了分析,证明各姿态控制通道的总轨控干扰力矩均可观。基于扩展卡尔曼滤波,对空间飞行器轨控发动机引起的干扰力矩进行在线估计,并进一步在姿态控制中对其做出补偿。数学仿真的结果表明,扩展卡尔曼滤波能够实现较高的估计精度,且干扰力矩补偿后的姿态控制效果有了明显改善。

关键词：空间飞行器姿态控制扩展卡尔曼滤波可观测性干扰力矩

空间飞行器分布式通用组合导航仿真平台方案研究(英文)

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系统仿真学报 2008年第19期20卷 5380-5383页

作者：周姜滨袁建平罗建军岳晓奎西北工业大学航天学院西安710072

在研制空间飞行器导航系统的过程中,搭建导航仿真平台能够有效地节约成本并缩短研发周期。在模块化、通用化和标准化设计原则的指导下,利用多台计算机和相应的数据总线开发了空间飞行器分布式通用组合导航仿真平台。在空间飞行器导航系... 详细信息

在研制空间飞行器导航系统的过程中,搭建导航仿真平台能够有效地节约成本并缩短研发周期。在模块化、通用化和标准化设计原则的指导下,利用多台计算机和相应的数据总线开发了空间飞行器分布式通用组合导航仿真平台。在空间飞行器导航系统特性分析的基础上,提出了捷联惯性导航系统、GPS、脉冲星导航系统、磁强计和星敏感器组合导航方案,设计了仿真平台的结构,论述了仿真平台的硬件设计、软件开发和算法,并探讨了仿真平台的扩展性能。试验表明该仿真平台能够逼真地模拟空间飞行器导航系统,并为设计者提供有益的建议。

关键词：分布式组合导航系统仿真平台空间飞行器

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空间飞行器姿态的有限时间跟踪控制方法

航空学报 2007年第3期28卷 628-633页

作者：丁世宏李世华东南大学自动化学院江苏南京210096

针对带不确定项的空间飞行器系统姿态跟踪控制问题,给出一种基于有限时间控制技术的滑模控制方法。使得姿态跟踪误差系统不仅可在有限时间内从任意状态到达滑动面,而且也可在有限时间内沿滑动面收敛到零,并给出了严格的数学证明。为了... 详细信息

针对带不确定项的空间飞行器系统姿态跟踪控制问题,给出一种基于有限时间控制技术的滑模控制方法。使得姿态跟踪误差系统不仅可在有限时间内从任意状态到达滑动面,而且也可在有限时间内沿滑动面收敛到零,并给出了严格的数学证明。为了避免控制律中的颤动问题,一种新的饱和函数被用来代替控制律中符号函数。数值仿真实验说明了该方法的有效性。

关键词：姿态控制有限时间收敛滑模控制空间飞行器

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空间飞行器展开与驱动机构研究进展

宇航学报 2006年第6期27卷 1123-1131页

作者：马兴瑞于登云孙京胡成威中国航天科技集团公司北京100037 中国航天科技集团公司五院总体部北京100094

空间飞行器展开与驱动机构是空间飞行器机构领域的一个重要组成部分。随着我国航天技术的发展,该项技术有了长足进步,对其设计方法和具体工程问题的研究也日渐深入。本文概述了空间飞行器机构的分类与构成,对展开与驱动机构的国内外研... 详细信息

空间飞行器展开与驱动机构是空间飞行器机构领域的一个重要组成部分。随着我国航天技术的发展,该项技术有了长足进步,对其设计方法和具体工程问题的研究也日渐深入。本文概述了空间飞行器机构的分类与构成,对展开与驱动机构的国内外研究概况进行了分析。结合工程应用,提出了在系统任务分析与设计中的力矩(力)裕度、精度分配、机构非线性、阻尼控制、热匹配、空间润滑、可靠性分析与试验七个典型工程问题。对这些问题逐一分析了其性质、作用及其对系统的影响,探讨了其研究内容和研究方向。展望了我国空间飞行器展开与驱动机构的发展前景。

关键词：空间飞行器展开机构驱动机构

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空间飞行器的姿态和扰动抑制控制器设计

哈尔滨工程大学学报 2011年第12期32卷 1637-1641页

作者：刘献平哈尔滨工程大学理学院黑龙江哈尔滨150001

针对存在参数不确定性和外部干扰的刚性空间飞行器,采用Rodrigues参数描述的飞行器模型,利用自适应控制方法处理了参数不确定性,并且结合Backstepping和Lyapunov稳定性分析方法设计了基于内模的自适应状态反馈控制器.仿真结果验证了控... 详细信息

针对存在参数不确定性和外部干扰的刚性空间飞行器,采用Rodrigues参数描述的飞行器模型,利用自适应控制方法处理了参数不确定性,并且结合Backstepping和Lyapunov稳定性分析方法设计了基于内模的自适应状态反馈控制器.仿真结果验证了控制器的有效性和可行性.

关键词：空间飞行器姿态扰动抑制 Rodrigues参数自适应内模

一种空间飞行器多飞行剖面下的最优配重方案确定方法

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导弹与航天运载技术（中英文） 2022年第6期 64-67,132页

作者：杨勇黄蔚张群杨自鹏刘宇哲北京宇航系统工程研究所北京100076

空间飞行器的横向质心偏差对于整个飞行任务中的制导、姿态控制以及分离都有着显著的影响,因此需要通过配重的方法对空间飞行器的横向质心进行控制。对于多飞行剖面的空间飞行器,适应所有飞行剖面的最优配重位置往往难以通过作图方法得... 详细信息

空间飞行器的横向质心偏差对于整个飞行任务中的制导、姿态控制以及分离都有着显著的影响,因此需要通过配重的方法对空间飞行器的横向质心进行控制。对于多飞行剖面的空间飞行器,适应所有飞行剖面的最优配重位置往往难以通过作图方法得到。因此提出了一种递进扫描的方法,可用于确定多飞行剖面下空间飞行器的最优配重方案,并对该方法进行了仿真验证,仿真结果表明该方法能够快速有效地得到最优配重位置。

关键词：空间飞行器飞行剖面配重

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空间飞行器大角度姿态机动控制能量优化

哈尔滨工业大学学报 2020年第12期52卷 8-14页

作者：赵振平王林林周荻王锦程王永海北京航天长征飞行器研究所北京100076 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

空间飞行器姿态控制系统以开关式小推力器为执行机构,为实现该飞行器在执行Rest-to-Rest大角度姿态机动任务的过程中消耗燃料最小化,从姿态控制律设计和姿态机动指令设计两方面出发进行能量优化.首先,给出了空间飞行器6个脉冲式姿控发... 详细信息

空间飞行器姿态控制系统以开关式小推力器为执行机构,为实现该飞行器在执行Rest-to-Rest大角度姿态机动任务的过程中消耗燃料最小化,从姿态控制律设计和姿态机动指令设计两方面出发进行能量优化.首先,给出了空间飞行器6个脉冲式姿控发动机布局,建立了用四元数描述的空间飞行器大角度姿态机动非线性控制系统的数学模型.在此数学模型的基础上,设计了一种空间飞行器三轴大角度姿态机动非线性PD控制律,并用Lyapunov方法证明了非线性姿态控制系统的稳定性.设计了三轴姿态控制中6个脉冲式姿控发动机的分配逻辑.为了配合开关式小推力器以脉冲宽度调制方式近似输出连续型控制量并减少燃料消耗,在非线性PD控制律中引入了3个开关门限,并应用粒子群与遗传算法优化选取这些开关门限.在Rest-To-Rest的大角度姿态机动指令设计中,提出了一种令欧拉角匀速变化的角速度和四元数指令规划方法,提高了姿态控制系统的瞬态响应品质,并相对于阶跃型指令明显减少燃料消耗.结果表明,数值仿真验证了非线性控制律的开关门限设计,以及Rest-To-Rest的大角度姿态机动指令设计在减少燃料消耗方面的有效性.

关键词：空间飞行器姿态机动大角度能量优化粒子群控制律四元数