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基于事件驱动的航天器星下点轨迹维持控制

航空学报 2024年第10期45卷 286-298页

作者：宁铠吴宝林哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150000

针对超低轨航天器高精度自主轨道维持问题,考虑通信受限和大气阻力摄动的影响,提出基于事件驱动机制的模糊自适应控制方法。首先,建立基于相对平均轨道根数的航天器轨道动力学模型,采用模糊自适应控制方法估计大气阻力带来的扰动项。然... 详细信息

针对超低轨航天器高精度自主轨道维持问题,考虑通信受限和大气阻力摄动的影响,提出基于事件驱动机制的模糊自适应控制方法。首先,建立基于相对平均轨道根数的航天器轨道动力学模型,采用模糊自适应控制方法估计大气阻力带来的扰动项。然后,在控制器细胞卫星一侧采用事件驱动机制,减少控制器细胞卫星和电推力器细胞卫星之间的通信负担和计算量,并且保证在一定时间内控制推力保持不变,以延长电推力器细胞卫星寿命。随后,提出基于事件驱动的模糊自适应轨道控制算法来维持星下点轨迹。最后,通过仿真验证了所提出算法的有效性。

关键词：超低轨航天器大气阻力自主轨道维持事件驱动机制模糊自适应控制

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一种高超声速飞行器固定时间滑模控制方法

宇航学报 2024年第4期45卷 560-570页

作者：许玉龙鄂斌王小刚崔乃刚哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对高超声速飞行器再入滑翔段的姿态控制问题,提出了一种存在外部扰动、模型不确定和输入饱和约束情况下的固定时间收敛终端滑模控制器。首先,针对固定时间收敛的超螺旋二阶滑模扰动观测器,给出了一个更加精确的固定收敛时间上界。随后... 详细信息

针对高超声速飞行器再入滑翔段的姿态控制问题,提出了一种存在外部扰动、模型不确定和输入饱和约束情况下的固定时间收敛终端滑模控制器。首先,针对固定时间收敛的超螺旋二阶滑模扰动观测器,给出了一个更加精确的固定收敛时间上界。随后,构造了一种改进的变指数系数快速非奇异多变量终端滑模面。进而,基于固定时间观测器和改进的滑模面,提出了一种可以使高超声速飞行器模型在受到外部扰动、模型存在不确定参数和输入饱和约束的情况下,能够实现固定时间收敛的再入滑翔段姿态控制终端滑模控制器,并证明了其在观测器收敛前后的固定时间稳定性。该方法能够在不引入额外测量的前提下,有效避免输入饱和。最后,通过数值仿真验证了所提出的控制方法的有效性。

关键词：高超声速飞行器滑翔再入姿态控制固定时间控制滑模控制

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基于几何力学的类平板式卫星全耦合动力学

航空学报 2024年第16期45卷 140-152页

作者：曹芊李化义哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对类平板式卫星的结构特点,利用李群上的Lagrange力学和Hamilton力学,分别建立了Euler-Lagrange形式和Hamilton形式的姿态-轨道-结构耦合动力学方程。该方法同时考虑了卫星在轨运行时姿态、轨道与板式结构附件振动间的相互耦合作用,... 详细信息

针对类平板式卫星的结构特点,利用李群上的Lagrange力学和Hamilton力学,分别建立了Euler-Lagrange形式和Hamilton形式的姿态-轨道-结构耦合动力学方程。该方法同时考虑了卫星在轨运行时姿态、轨道与板式结构附件振动间的相互耦合作用,其中板式结构附件的振动通过单自由度扭簧模型进行一阶近似,该描述方式一方面易于通过李群工具对振动现象进行描述,另一方面从Lagrange几何和Hamilton几何的角度推导的动力学方程是全局和无坐标的。此外系统动力学模型的建立考虑了整星质心的时变特性,更为精确。数值算例验证了该建模方法的有效性,通过与刚性模型的仿真对比,分析了类平板式卫星在激励作用下的姿态-轨道-结构耦合效应。结果表明,该模型具有良好的稳定性,能够准确预测激励作用下类平板式卫星在轨运行的动态响应。

关键词：平板式卫星 Lagrange力学 Hamilton相空间变分原理姿态-轨道-结构耦合李群

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航天器姿态控制群体博弈分布式分配方法

宇航学报 2024年第3期45卷 452-461页

作者：刘浩然叶东肖楠孙兆伟哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对由多个细胞星构成的组合卫星的姿态控制问题,提出了一种包含控制力矩计算层与冗余力矩分配层的双层姿态控制方法。将细胞星间的冗余力矩分配问题转化为群体博弈的策略选择问题,综合考虑能量消耗、飞轮输出力矩裕度和飞轮角动量裕度... 详细信息

针对由多个细胞星构成的组合卫星的姿态控制问题,提出了一种包含控制力矩计算层与冗余力矩分配层的双层姿态控制方法。将细胞星间的冗余力矩分配问题转化为群体博弈的策略选择问题,综合考虑能量消耗、飞轮输出力矩裕度和飞轮角动量裕度设计收益函数,以力矩分配系数作为群体质量,以细胞星作为策略建立群体博弈模型。考虑群体演化中模仿和比较形成的不同演化策略,分别采用Smith动力学以及复制器动力学修订协议求解博弈的Nash均衡解,并利用有限制策略的群体博弈理论形成分布式冗余力矩分配方式,得到各个细胞星的控制策略。最后通过仿真实验验证了此分配方式的有效性。

关键词：细胞星力矩分配群体博弈 Nash均衡分布式姿态控制

具有稳定性保证的基于模型与条件神经过程的强化学习算法

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中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 265-274页

作者：杨嘉楠丁一航朱益民蔡博马雨婷李云鹏韩铭昊哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150000

安全性是强化学习智能控制与决策方法大规模推广应用的必需能力.本文旨在实现智能体只通过安全策略(即将智能体动作限制在安全区域内的策略)收集数据进行训练,并使得最终训练的策略具有安全性保证.针对上述需求,研究拟采用控制理论中稳... 详细信息

安全性是强化学习智能控制与决策方法大规模推广应用的必需能力.本文旨在实现智能体只通过安全策略(即将智能体动作限制在安全区域内的策略)收集数据进行训练,并使得最终训练的策略具有安全性保证.针对上述需求,研究拟采用控制理论中稳定性分析的方法,在一致最终有界性约束下优化强化学习训练的策略.具体而言,本方法提出了一类学习系统动态模型和李雅普诺夫函数的有效方法,在不将智能体驱动到安全区域之外的前提下,利用其实现闭环系统的稳定性分析.此外,本文给出了如何在提高策略性能的同时逐步扩大安全区域的方法,并在此基础上,给出了一种实用有效的算法来保证闭环系统在训练中及训练后的策略稳定性.最终,本文通过倒立摆对理论结果进行了仿真验证,即验证如何在倒立摆不倒下的情况下优化强化学习策略.

关键词：强化学习安全性稳定性分析条件神经过程

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拦截高超声速滑翔飞行器:制导进展与展望

宇航学报 2024年第6期45卷 799-814页

作者：陈文雪胡玉东高长生荆武兴安若铭哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

聚焦于临近空间拦截制导关键技术,围绕中制导、中末制导交班及末制导等关键问题对临近空间拦截制导技术前景进行展望。首先对临近空间高超声速滑翔飞行器飞行特性进行仿真与分析,并给出防御系统在滑翔段拦截的优势所在;其次,围绕临近空... 详细信息

聚焦于临近空间拦截制导关键技术,围绕中制导、中末制导交班及末制导等关键问题对临近空间拦截制导技术前景进行展望。首先对临近空间高超声速滑翔飞行器飞行特性进行仿真与分析,并给出防御系统在滑翔段拦截的优势所在;其次,围绕临近空间拦截系统面对高超声速滑翔飞行器时存在的瓶颈进行探讨,并对中制导离线弹道生成与在线弹道生成、中末制导交班及末制导等关键技术相关研究进展进行梳理与总结;最后,结合当前研究进展、面临的挑战及未来临近空间拦截需求,研究分析临近空间拦截制导技术的发展趋势,为后续防御系统的发展提供参考。

关键词：临近空间拦截制导高超声速飞行器高动态机动目标防御技术

考虑基座振动抑制的双空间机械臂协同阻抗控制

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宇航学报 2024年第7期45卷 1111-1122页

作者：张家维白成超郭继峰哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对柔性基座双空间机械臂紧耦合协同过程中面临的对物体内/外力的柔顺响应、基座的振动抑制以及双臂避碰等问题,提出了一种反作用最优协同阻抗控制方法。首先建立了柔性基座双空间机械臂的紧耦合系统模型。然后,利用物体级阻抗控制器... 详细信息

针对柔性基座双空间机械臂紧耦合协同过程中面临的对物体内/外力的柔顺响应、基座的振动抑制以及双臂避碰等问题,提出了一种反作用最优协同阻抗控制方法。首先建立了柔性基座双空间机械臂的紧耦合系统模型。然后,利用物体级阻抗控制器和末端执行器级阻抗控制器分别实现了双空间机械臂对物体所受外力和内力的柔顺响应。然后,利用基座能量衰减最优控制和人工势场法得到了双空间机械臂的最优零空间自运动向量,通过双冗余空间机械臂的零空间自运动同时实现了基座振动抑制和双臂间的避碰。最后,在动力学仿真软件中验证了协同阻抗控制方法在解决物体内/外力柔顺响应、基座振动抑制、双臂避碰问题上的有效性。

关键词：双空间机械臂柔性基座阻抗控制振动抑制人工势场

考虑量化和通信受限的有限时间确定学习控制及其应用

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控制理论与应用 2024年第4期41卷 649-657页

作者：王冠夏红伟哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

本文针对一类含有量化输入和外部扰动的严格反馈非线性系统,提出了一种考虑量化和通信受限的有限时间确定学习控制方法.该方法包含离线学习训练和在线触发控制两个阶段.首先,在离线学习训练阶段采用神经网络对系统中的未知非线性函数进... 详细信息

本文针对一类含有量化输入和外部扰动的严格反馈非线性系统,提出了一种考虑量化和通信受限的有限时间确定学习控制方法.该方法包含离线学习训练和在线触发控制两个阶段.首先,在离线学习训练阶段采用神经网络对系统中的未知非线性函数进行逼近,引入指令滤波反步技术克服“计算爆炸”的问题,并在控制过程中实现系统未知动态的知识获取和存储.随后,利用所获取的经验知识,设计了基于确定学习机制的在线触发控制器.应用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统实际有限时间稳定,跟踪误差在有限时间内收敛到原点的邻域内,并能够排除采样中的芝诺现象.最后,通过飞行器仿真验证了所提方案的有效性.

关键词：确定学习量化控制神经网络有限时间收敛事件触发

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超构透明吸波体的研究前沿与展望

中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1021-1035页

作者：宋梓诚闵萍萍张锐聪贺乔柏杨磊王天宇韩杰才朱嘉琦哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所哈尔滨150080 哈尔滨工业大学郑州研究院郑州450018 哈尔滨工业大学分析测试中心哈尔滨150080 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150080

吸波材料在电磁隐身技术中发挥着至关重要的作用.与非透明材料相比,透明材料实现电磁吸收面临更复杂和独特的挑战.经典透明吸波体在光学透过率、厚度、电磁吸收带宽、倾角与极化稳定性等多项指标存在难以调和的矛盾.随超构材料应用于透... 详细信息

吸波材料在电磁隐身技术中发挥着至关重要的作用.与非透明材料相比,透明材料实现电磁吸收面临更复杂和独特的挑战.经典透明吸波体在光学透过率、厚度、电磁吸收带宽、倾角与极化稳定性等多项指标存在难以调和的矛盾.随超构材料应用于透明吸波体,上述核心性能指标得到显著改善,从而促进了其在电磁隐身领域的实际应用.本文针对超构透明吸波体研究工作进行了综述,首先介绍了透明吸波体的光学透明与电磁隐身原理,并对经典透明吸波体工作原理与局限进行分析与总结.随后对超构材料改善透明吸波体在宽带电磁吸收、倾角与极化稳定性经典性能的研究进展与设计方法进行了总结.为预示未来发展方向,本文详细阐述了近年来透明吸波体在混合机制设计、多光谱设计、动态可调性能的技术原理与研究前沿,并展望了新兴方向为透明吸波体带来的多机制、多功能、智能化的发展机遇.

关键词：透明吸波体电磁隐身宽带雷达散射截面积漫反射吸波体

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