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神经网络类机理建模下的持续自学习控制

控制理论与应用 2024年第5期41卷 885-894页

作者：谭天乐张万超何永宁周恒杰上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109

针对未知、时变复杂动力学系统在基于模型的控制中的动态建模问题,本文采用前向全连接神经网络对动力学系统进行数据驱动下的非机理拟合建模.通过动态线性化和归一化/反归一化数据处理,基于前向传播算法,将神经网络的网络拓扑计算过程... 详细信息

针对未知、时变复杂动力学系统在基于模型的控制中的动态建模问题,本文采用前向全连接神经网络对动力学系统进行数据驱动下的非机理拟合建模.通过动态线性化和归一化/反归一化数据处理,基于前向传播算法,将神经网络的网络拓扑计算过程转化成动力学系统机理模型的同构等价表达形式.与基于模型的预测与反演控制相结合,提出了神经网络类机理建模下的持续自学习控制方法,探索了神经网络在动力学系统建模与控制中的可解释性问题.以机械臂为控制对象的仿真结果表明,神经网络类机理模型与机理模型在形式上同构,在参数上近似或等价,可用于控制系统控制品质的定性、定量分析.持续自学习控制对非线性未知、时变复杂系统具有较好的动态适应能力.

关键词：黑箱系统时变系统非机理建模神经网络建模同构等价表达模型预测与反演控制持续自学习控制机械臂控制

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微型星敏感器热稳定性设计与试验验证

中国激光 2024年第13期 132-140页

作者：王燕清杜伟峰吴永康翟正一朱忠佳曹昭慧上海航天控制技术研究所

新一代商业遥感卫星为了实现高精度地形测绘、厘米级地表形变检测，分辨率需要优于0.5 m，但热控条件不如大卫星充裕，微型星敏感器的安装面温度存在较大的变化浮动，引起光轴指向漂移，影响卫星姿态控制精度和高分辨率指标。为此，首... 详细信息

新一代商业遥感卫星为了实现高精度地形测绘、厘米级地表形变检测，分辨率需要优于0.5 m，但热控条件不如大卫星充裕，微型星敏感器的安装面温度存在较大的变化浮动，引起光轴指向漂移，影响卫星姿态控制精度和高分辨率指标。为此，首先提出了一种热稳定性试验方法，模拟在轨环境，测试微型星敏感器的光轴指向变化，随后根据试验数据分析和仿真结果，对产品的结构和材料进行针对性的优化设计，最后对改进的产品进行热稳定性仿真和试验验证。结果表明，热稳定性试验方法可以有效测量星敏感器受到热应力变形产生的光轴指向偏移量，材料的优化可以提高整机结构强度、减小热变形，结构对称设计可提高光轴指向X、Y两个方向的平衡性，最终使得光轴指向偏移从1.0394″/℃减小到0.1695″/℃。遮光罩独立安装并隔热的设计可以有效改善遮光罩受热形变对光轴指向的影响，光轴指向偏移从0.2403″/℃减小到0.0054″/℃。

关键词：测量光学设计星敏感器热稳定性光轴指向精度

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高精度微型星敏感器设计和验证

光学学报 2024年

作者：王燕清杜伟峰郑循江李新鹏金荷董帅上海航天控制技术研究所

随着新的商业卫星平台对测量精度要求越来越高，而目前国内外的微型星敏感器精度性能普遍不高，需要对现有微型星敏感器的精度进行优化设计。本文首先根据恒星目标特点设计信噪比和通光孔径最优的探测系统，对现有的探测参数进行了精调... 详细信息

随着新的商业卫星平台对测量精度要求越来越高，而目前国内外的微型星敏感器精度性能普遍不高，需要对现有微型星敏感器的精度进行优化设计。本文首先根据恒星目标特点设计信噪比和通光孔径最优的探测系统，对现有的探测参数进行了精调标校，形成一套最优探测关键参数，可以提高星点质心定位精度；其次对目前姿态计算方法中恒星矢量固定权值的算法进行了改进，通过对每颗探测恒星矢量赋予动态权值的计算方法，筛选出精度高的探测星并对其进行姿态计算，从而提高星敏感器姿态测量精度。通过探测参数优化后，X、Y方向质心定位精度分别提升19.35%和48.52%，通过动态权值算法优化后，星敏感器的X、Y、Z三轴精度误差从2.01″、2.07″、19.08″提升到1.08″、0.99″、10.09″。

关键词：星敏感器精度探测参数质心动态权值

编队航天器协同绕飞非合作目标的全驱预设性能控制

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航空学报 2024年第1期45卷 79-93页

作者：殷泽阳邢友朋韩飞魏才盛廖宇新中南大学自动化学院长沙410083 上海航天控制技术研究所上海201109

针对利用多星编队协同绕飞空间非合作目标的控制问题,考虑外部干扰和目标非期望轨道机动影响,提出了一种基于全驱系统理论的分布式约定时间预设性能控制方法。首先,基于视线坐标系建立服务航天器编队绕飞非合作目标的相对运动方程,并将... 详细信息

针对利用多星编队协同绕飞空间非合作目标的控制问题,考虑外部干扰和目标非期望轨道机动影响,提出了一种基于全驱系统理论的分布式约定时间预设性能控制方法。首先,基于视线坐标系建立服务航天器编队绕飞非合作目标的相对运动方程,并将其转化为全驱系统形式以降低控制器设计复杂度;其次,结合拓扑理论设计一种分布式约定时间预设性能控制器,保证多星编队绕飞的瞬态和稳态控制性能;此外,引入扩张状态观测器观测并合理补偿系统中存在的不确定项与干扰,提高多星编队绕飞的控制精度与鲁棒性。最后,通过两组绕飞仿真验证了所设计控制方法的有效性。

关键词：全驱系统理论编队绕飞非合作目标预设性能控制扩张状态观测器

多孔玻璃微锥阵列超快激光加工工艺研究(特邀)

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中国激光 2024年第4期51卷 334-343页

作者：陆子杰罗国虎王岱荪张开朱康武胡永祥上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海航天控制技术研究所上海201109

采用脉宽为8 ps的超快激光器,结合高速相机原位观测,研究了超快激光作用G5级多孔玻璃过程中的材料去除行为。研究结果表明:在超快激光作用下,多孔玻璃材料出现剥离去除现象,加工过程中有大量粒径为几十微米的颗粒飞溅,材料去除效率约为K... 详细信息

采用脉宽为8 ps的超快激光器,结合高速相机原位观测,研究了超快激光作用G5级多孔玻璃过程中的材料去除行为。研究结果表明:在超快激光作用下,多孔玻璃材料出现剥离去除现象,加工过程中有大量粒径为几十微米的颗粒飞溅,材料去除效率约为K9玻璃的16.2倍。分析了扫描策略和加工余量对多孔玻璃微锥阵列形貌特征的影响,实现了高一致性和大锥顶锐度微锥阵列加工,平均锥顶尺寸达到20μm。组装后的电喷雾推力器能够在3 kV电压下获得单个发射极90μN的推力。

关键词：激光技术多孔玻璃超快激光微锥阵列电喷雾发射极

运载火箭自适应增广控制参数设计及稳定性裕度分析

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系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 271-279页

作者：张亮刘思赵康伟胡存明中山大学航空航天学院广东深圳518107 上海航天控制技术研究所上海201100

针对运载火箭主动飞行段的强鲁棒姿态控制系统设计要求,提出自适应增广控制器(adaptive augmenting controller,AAC)的参数设计方法以及稳定性裕度分析方法。首先,针对传统运载火箭建立了小扰动线性化方程,推导了传递函数,并基于特征点... 详细信息

针对运载火箭主动飞行段的强鲁棒姿态控制系统设计要求,提出自适应增广控制器(adaptive augmenting controller,AAC)的参数设计方法以及稳定性裕度分析方法。首先,针对传统运载火箭建立了小扰动线性化方程,推导了传递函数,并基于特征点参数设计了比例微分(proportional-derivative,PD)控制器及校正网络。然后,开展了AAC设计,给出调节参数的具体设计方法和准则。为了评估加入AAC之后整个控制系统的稳定性,基于正弦分析法推导了AAC的正弦响应模型,从而可评估系统的稳定性。最后,在多种干扰条件下完成了六自由度(six degree of freedom,6-DOF)的仿真分析,证明了AAC的有效性,同时也获得了AAC+PD控制系统的幅值裕度和相位裕度。仿真结果表明,该方法能够反映实际系统的稳定性,具有一定的工程指导意义。

关键词：运载火箭自适应增广控制参数设计准则稳定性分析

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卫星对空中动态目标凝视成像姿态规划方法

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 411-418页

作者：杜宁吴树范陈占胜陈文晖王世耀徐家国秦栋栋上海交通大学航空航天学院上海200240 上海航天技术研究院卫星工程研究所上海201109 上海航天技术研究院航天控制技术研究所上海201109

针对低轨卫星面阵相机对空中动态目标凝视成像需求,提出卫星平台根据像面脱靶量进行目标位置估计和凝视姿态规划方法.基于空中动态目标飞行高度的先验知识,以目标地理经纬度和经纬度变化率为状态量,以目标中心像素值为观测量,设计扩展... 详细信息

针对低轨卫星面阵相机对空中动态目标凝视成像需求,提出卫星平台根据像面脱靶量进行目标位置估计和凝视姿态规划方法.基于空中动态目标飞行高度的先验知识,以目标地理经纬度和经纬度变化率为状态量,以目标中心像素值为观测量,设计扩展卡尔曼滤波器,实现目标地理经纬度的精确估计和预报.在此基础上,规划卫星姿态和角速度,避免了目标像素噪声和延时对姿态稳定度的影响,并实现了单星对目标位置估计.通过数学仿真验证了所提方法的有效性.

关键词：空中动态目标凝视成像姿态规划单星定位扩展卡尔曼滤波

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折叠翼飞行器气动弹性变体飞行仿真平台

北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1921-1930页

作者：徐浩韩景龙奚勇贾成龙孙钊上海航天控制技术研究所上海201109 南京航空航天大学航空学院南京210016

折叠翼飞行器的变体过程伴随质量分布、刚度分布及气动载荷分布的大幅动态变化,是一个高度复杂的动力学过程。为实现该过程各种动力学问题的有效分析,基于共享内存技术开发了一套高性能的耦合计算程序,并在此基础上整合了Adams多体动力... 详细信息

折叠翼飞行器的变体过程伴随质量分布、刚度分布及气动载荷分布的大幅动态变化,是一个高度复杂的动力学过程。为实现该过程各种动力学问题的有效分析,基于共享内存技术开发了一套高性能的耦合计算程序,并在此基础上整合了Adams多体动力学计算软件、非定常气动力计算程序及飞行控制技术,搭建了折叠翼的气动弹性变体飞行仿真平台。基于该平台,对折叠翼进行了气动弹性分析和飞行变体过程仿真,验证了平台强大的计算和分析能力。

关键词：折叠翼变体飞行器动力学仿真气动弹性飞行仿真

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基于热传导偏微分方程的微纳星群迁移控制

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1568-1575页

作者：潘晓宋婷李猛姚闯上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109 西北工业大学航天学院西安710072 上海卫星工程研究所上海201109

面向分布式星群在侦查监测,攻防作战等未来空间任务中的潜在应用,在偏微分动力学框架下,提出一种基于热传导特性的星群时空分布演化控制方法。通过类比热力学,以星群整体密度分布为参量,利用热传导偏微分方程描述星群宏观空间密度分布... 详细信息

面向分布式星群在侦查监测,攻防作战等未来空间任务中的潜在应用,在偏微分动力学框架下,提出一种基于热传导特性的星群时空分布演化控制方法。通过类比热力学,以星群整体密度分布为参量,利用热传导偏微分方程描述星群宏观空间密度分布及其随时空的演化模型;基于热扩散机理构建速度场函数以实现集群期望密度分布的迁移控制,并分析论证了基于速度场反馈控制的渐近收敛性和稳定性;分别在一维空间与二维空间中模拟微纳星群迁移控制场景,分别利用Richardson外推法与交替方向隐式格式数值求解一维与二维热传导方程初边值问题,结果表明:所提方法有效收敛,星群迁移前期收敛速度快,在有限时间内可生成所需的密度分布。

关键词：偏微分方程热传导集群分布函数密度控制