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面向未来运载火箭的新一代综合电子平台设计与研究

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导弹与航天运载技术（中英文） 2023年第2期 58-64页

作者：王苑瑾张隽段然韩翔宇柳柱北京航天自动控制研究所北京100854 宇航智能控制技术国家重点实验室北京100854

为满足运载火箭电气系统中智能控制、任务迁移与恢复、大数据量实时通信等需求,对多核处理器与SoPC协同控制架构、接口模块分类与设计、实时分区操作系统及双通道星型冗余拓扑等关键技术进行研究,提出了一种基于实时分区操作系统的综合... 详细信息

为满足运载火箭电气系统中智能控制、任务迁移与恢复、大数据量实时通信等需求,对多核处理器与SoPC协同控制架构、接口模块分类与设计、实时分区操作系统及双通道星型冗余拓扑等关键技术进行研究,提出了一种基于实时分区操作系统的综合电子平台方案并进行工程实现。通过演示验证试验,对综合电子平台中的功能模块、总线拓扑与通信、任务隔离、迁移与恢复等功能进行验证。目前该方案已应用于运载火箭综合电子产品中,为后续技术的深入研究与优化奠定了基础。

关键词：运载火箭多核处理器与SoPC协同控制架构接口模块分类与设计实时分区操作系统综合电子平台

多维温度场对光纤环Shupe效应误差影响的理论分析

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物理学报 2018年第1期67卷 25-36页

作者：卓超杜建邦北京航天自动控制研究所宇航智能控制技术国家级重点实验室北京100854

光纤环作为干涉型光纤陀螺的核心敏感元件,易受时变温度环境引起的Shupe非互易性相移的影响,进而严重降低对于惯性空间转动的测量精度.本文推导了目前广泛应用的四极绕法光纤环的温度效应误差模型,分析了沿光纤环径向、轴向与圆周方向... 详细信息

光纤环作为干涉型光纤陀螺的核心敏感元件,易受时变温度环境引起的Shupe非互易性相移的影响,进而严重降低对于惯性空间转动的测量精度.本文推导了目前广泛应用的四极绕法光纤环的温度效应误差模型,分析了沿光纤环径向、轴向与圆周方向多维温度场对于零偏漂移的影响机理并进行了仿真验证.研究结果表明,径向与轴向的瞬态温场引起的零偏误差正比于光纤环各层外内壁温变速率之差的加权和,并且随着接近光纤进出的顶层,其所占份额将线性增大.圆周方向的零偏误差则取决于光纤进出端与长度中点连线两侧温变速率空间分布的对称性,并且当不均匀的温度场分布远离进出端时,其影响将减小.以上发现可为复杂温度环境下工作的陀螺仪表与惯性导航系统的热结构设计提供理论指导与工程参考.

关键词：多维温度场 Shupe效应光纤环四极绕法

一种面向运载火箭电气系统的模块化分级供配电体制

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导弹与航天运载技术（中英文） 2024年第3期 93-99页

作者：周虎王辉李刚屈辰余力凡北京航天自动控制研究所北京100854 宇航智能控制技术国家级重点实验室北京100854

针对运载火箭电气系统供电电缆规模偏大、拓扑复杂、易引发跨级供电潜通路等问题,提出了一种电气系统模块化分级供配电方案。将运载火箭各级分别规划为一个独立的供配电单元,供配电单元内采用通用化设计,实现对内部负载的一体化供电;供... 详细信息

针对运载火箭电气系统供电电缆规模偏大、拓扑复杂、易引发跨级供电潜通路等问题,提出了一种电气系统模块化分级供配电方案。将运载火箭各级分别规划为一个独立的供配电单元,供配电单元内采用通用化设计,实现对内部负载的一体化供电;供配电单元间、电气系统箭地间、供电母线间电气隔离,以避免供配电单元间的电气耦合,彻底消除级间潜通路,降低设计难度,最终使得运载火箭电气系统供配电体制具备系统层级模块化特征和供配电单元即插即用能力,为未来电气系统供配电架构的标准化设计和运载火箭分级测试提供技术基础。

关键词：运载火箭电气系统供配电模块化分级

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面向空间目标相对轨道确定的编队优化方法

宇航学报 2022年第11期43卷 1511-1521页

作者：李佳兴袁利张聪张斯航孙栋北京控制工程研究所北京100094 空间智能控制技术重点实验室北京100094

针对提高空间目标相对轨道确定精度的问题,研究了在主航天器轨道运动受限时,通过设计和优化辅航天器相对轨道要素的航天器编队优化方法。首先,介绍了基于扩展卡尔曼滤波的双视线测量相对轨道确定方法;之后,通过研究双视线测量下的空间... 详细信息

针对提高空间目标相对轨道确定精度的问题,研究了在主航天器轨道运动受限时,通过设计和优化辅航天器相对轨道要素的航天器编队优化方法。首先,介绍了基于扩展卡尔曼滤波的双视线测量相对轨道确定方法;之后,通过研究双视线测量下的空间目标定位误差变化规律,得到了减小定位误差的角度条件;然后,通过分析该角度条件和辅航天器相对轨道要素的关系,设计并采用遗传算法优化了辅航天器相对轨道;最后,数学仿真结果表明,设计的编队可保证目标相对位置估计误差收敛,优化后的编队可使目标相对位置估计误差减小至0.3 km且不超过1.2 km。

关键词：相对轨道确定航天器编队优化遗传算法扩展卡尔曼滤波

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基于强化学习的全电推进卫星变轨优化方法

系统工程与电子技术 2022年第5期44卷 1652-1661页

作者：韩明仁王玉峰北京控制工程研究所北京100094 空间智能控制技术重点实验室北京100094

采用电推力器实现自主轨道转移是全电推进卫星领域的关键技术之一。针对地球同步轨道(geostationary orbit,GEO)全电推进卫星的轨道提升问题,将广义优势估计(generalized advantage estimator,GAE)和近端策略优化(proximal policy optim... 详细信息

采用电推力器实现自主轨道转移是全电推进卫星领域的关键技术之一。针对地球同步轨道(geostationary orbit,GEO)全电推进卫星的轨道提升问题,将广义优势估计(generalized advantage estimator,GAE)和近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)方法相结合,在考虑多种轨道摄动影响以及地球阴影约束的情况下,提出了基于强化学习的时间最优小推力变轨策略优化方法。针对状态空间过大、奖励稀疏导致训练困难这一关键问题,提出了动作输出映射和分层奖励等训练加速方法,有效提升了训练效率,加快了收敛速度。数值仿真和结果对比表明,所提方法更加简单、灵活、高效,与传统的直接法、间接法以及反馈控制法相比,能够保证轨道转移时间的最优性。

关键词：全电推进卫星小推力变轨优化强化学习近端策略优化训练加速方法

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一种非仿射高超声速飞行器姿态系统控制方法

宇航学报 2021年第1期42卷 132-140页

作者：路遥刘晓东路坤锋宇航智能控制技术国家级重点实验室北京100854 北京航天自动控制研究所北京100854

针对非仿射高超声速飞行器姿态控制问题,提出了一种基于反步法的非线性控制方法。首先,通过干扰观测器估计攻角动态中的扰动量,在此基础上设计了俯仰角速度虚拟控制指令。然后,针对含有非仿射项的参数不确定的俯仰角速度动态函数,将其... 详细信息

针对非仿射高超声速飞行器姿态控制问题,提出了一种基于反步法的非线性控制方法。首先,通过干扰观测器估计攻角动态中的扰动量,在此基础上设计了俯仰角速度虚拟控制指令。然后,针对含有非仿射项的参数不确定的俯仰角速度动态函数,将其视为一个扩张状态,通过状态观测器对其进行估计。接着,基于动态逆方法设计了升降襟副翼的控制律并基于李雅普诺夫方法证明了闭环系统的稳定性。采用指令滤波器避免反步法应用中虚拟控制指令微分项的“复杂性爆炸”问题,并得到虚拟控制指令的一阶和二阶导数信号。所提方法能够适用于变速变高飞行模式。最后,通过对比仿真实验,验证了所设计控制方法的有效性。

关键词：高超声速飞行器非仿射姿态控制反步法扩张状态观测器干扰观测器

基于MATLAB GUI的测试数据比对分析软件设计

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导弹与航天运载技术 2022年第4期 56-61页

作者：梁海波黄万伟李浩王尚李然北京航天自动控制研究所北京100854 宇航智能控制技术国家级重点实验室北京100854

为便于开展电气设备测试数据的横向比对分析,及早发现设备可能存在的隐患,开发了基于MATLAB GUI的测试数据比对分析软件。在对软件的功能需求进行深入分析的基础上,提出了软件的总体架构,并划分了若干功能模块,在MATLAB GUI开发环境下... 详细信息

为便于开展电气设备测试数据的横向比对分析,及早发现设备可能存在的隐患,开发了基于MATLAB GUI的测试数据比对分析软件。在对软件的功能需求进行深入分析的基础上,提出了软件的总体架构,并划分了若干功能模块,在MATLAB GUI开发环境下实现了软件的前台可视化界面和后台功能模块算法,最后利用实测数据对该软件功能的有效性进行了验证。验证结果表明软件功能实现正确、操作简便,有效提升了数据比对分析的效率。

关键词：数据处理比对分析 MATLAB GUI 软件设计

一种带有观测器的高速飞行器预测滑模控制方法

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航天控制 2022年第2期40卷 15-21页

作者：田灿张远倪少波宇航智能控制技术国家级重点实验室北京100854 北京航天自动控制研究所北京100854

针对高速飞行器巡航段的速度和高度指令跟踪控制问题,提出了一种基于线性扩张状态观测器的预测滑模控制方法。首先,对飞行器模型进行反馈线性化,在此基础上设计了速度通道和高度通道的跟踪滑模面,利用Taylor展开对跟踪滑模面进行预测;其... 详细信息

针对高速飞行器巡航段的速度和高度指令跟踪控制问题,提出了一种基于线性扩张状态观测器的预测滑模控制方法。首先,对飞行器模型进行反馈线性化,在此基础上设计了速度通道和高度通道的跟踪滑模面,利用Taylor展开对跟踪滑模面进行预测;其次,利用优化性能指标推导出预测滑模控制律,使用Lyapunov稳定性理论证明其稳定性,所设计控制律可避免使用不连续切换函数,有效抑制抖振;然后,利用飞行器速度、高度和俯仰角的测量值,设计基于反正切跟踪微分器在线估计飞行器的航迹倾角和攻角;最后,针对带有飞行器状态估计误差以及飞行器参数偏差的动力学系统,将这些内外干扰视为系统“总扰动”,通过线性扩张状态观测器对其进行观测并加以补偿,通过对比仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：高速飞行器反馈线性化预测滑模控制线性扩张状态观测器状态估计

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基于深度Q网络的飞行器增益调参技术研究

航天控制 2022年第5期40卷 47-52页

作者：白文艳张家铭黄万伟张远北京航天自动控制研究所北京100854 宇航智能控制技术国家级重点实验室北京100854

针对飞行器传统增益调参法依赖于人工经验繁琐费时、难以实现参数自整定的缺点,提出了利用强化学习中的深度Q网络算法与飞行环境状态的交互不断学习,实现对控制增益的自动调整动作。训练结果表明,该方法使高速飞行器能够自适应调整控制... 详细信息

针对飞行器传统增益调参法依赖于人工经验繁琐费时、难以实现参数自整定的缺点,提出了利用强化学习中的深度Q网络算法与飞行环境状态的交互不断学习,实现对控制增益的自动调整动作。训练结果表明,该方法使高速飞行器能够自适应调整控制增益,稳定跟踪攻角指令,节省了人工调参步骤及时间,有效提高了控制系统自适应性。

关键词：高速飞行器姿态控制强化学习增益调参