检索结果-内蒙古大学图书馆

宇航学报 2023年第10期44卷 1586-1592页

作者：易涛耿云海吴宝林哈尔滨工业大学航天学院卫星技术研究所哈尔滨150001

针对航天器姿态机动中单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异问题,对于沿欧拉轴机动情况下SGCMGs的方向奇异框架角进行求解,并提出一种新的奇异规避操纵律。首先基于逆投影方法将角动量方向固定的奇异框架角求解问题描述为约束下非线性优... 详细信息

针对航天器姿态机动中单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异问题,对于沿欧拉轴机动情况下SGCMGs的方向奇异框架角进行求解,并提出一种新的奇异规避操纵律。首先基于逆投影方法将角动量方向固定的奇异框架角求解问题描述为约束下非线性优化问题进行求解;然后基于方向约束下奇异框架角提出一种方向奇异规避(DSA)操纵律,通过包含奇异参数梯度和误差框架角矢量的零运动项分别规避SGCMG构型的隐奇异和显奇异状态。数值仿真结果表明所提出操纵律能实现无奇异的姿态机动。

关键词：控制力矩陀螺姿态机动奇异规避操纵律

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访问多个特定相对位置的航天器轨道设计

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宇航学报 2022年第11期43卷 1522-1532页

作者：夏存言张刚耿云海周斯腾哈尔滨工业大学航天学院卫星技术研究所哈尔滨150080 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

在航天器轨道设计问题中,将惯性空间中经典的吉布斯三矢量定轨方法拓展到相对运动空间中,给出了一种相对运动条件下的三矢量定轨方法。针对已知轨道的目标航天器,以及二个或三个给定的空间相对位置,基于相对运动方程,提出了设计跟随航... 详细信息

在航天器轨道设计问题中,将惯性空间中经典的吉布斯三矢量定轨方法拓展到相对运动空间中,给出了一种相对运动条件下的三矢量定轨方法。针对已知轨道的目标航天器,以及二个或三个给定的空间相对位置,基于相对运动方程,提出了设计跟随航天器飞行轨道的数值方法。以轨道面共面或异面,以及目标航天器轨道形状为椭圆或圆,将问题分为四种情况进行约束条件和自由变量个数的分析讨论。对于自由变量个数多于约束方程的情况,额外给定周期重访约束,将各种情况下的特定相对位置访问问题转化为一至二维的非线性方程(组)求解问题。对一维方程求解采用分段黄金分割+割线法进行快速求解;对二维方程组通过网格法搜索迭代初值并通过牛顿迭代快速求解。进一步基于线性模型的解,采用微分修正方法求解了各情况下J 2摄动模型下的结果。数值算例验证了提出方法的正确性及有效性。

关键词：相对运动周期重访轨道设计数值方法

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考虑通信延迟的卫星集群改进蜂拥控制

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宇航学报 2022年第8期43卷 1097-1108页

作者：李思远叶东孙兆伟哈尔滨工业大学航天学院卫星技术研究所哈尔滨150001

针对卫星集群的无碰撞协同运动问题,提出了一种改进的蜂拥控制策略。首先,结合Prim算法和广度优先算法设计了一种计算度、半径约束最小生成树的拓扑优化方法,并将优化结果作为星群的通信拓扑。该方法不仅能够节省每个卫星的通信资源,还... 详细信息

针对卫星集群的无碰撞协同运动问题,提出了一种改进的蜂拥控制策略。首先,结合Prim算法和广度优先算法设计了一种计算度、半径约束最小生成树的拓扑优化方法,并将优化结果作为星群的通信拓扑。该方法不仅能够节省每个卫星的通信资源,还能够减少星群网络的通信延迟。随后,为提高参考轨迹生成的快速性,采用基于傅里叶级数的形状曲线逼近法对主星参考轨迹进行规划。在此基础之上,提出了一种考虑通信延迟与碰撞规避的蜂拥控制策略,使星群能够在保证通信连通性的前提下沿参考轨迹运动到目标点附近,并且在运动过程中不发生碰撞。经过理论分析,利用Lyapunov-Razumikhin定理证明了卫星集群系统能够达到渐近稳定。最后,通过数值仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性。

关键词：卫星集群蜂拥控制拓扑优化通信延迟碰撞规避

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一种航天器姿态控制与振动抑制的优化设计方法

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宇航学报 2023年第3期44卷 422-430页

作者：胡雅博耿云海刘伟星哈尔滨工业大学航天学院卫星技术研究所哈尔滨150001

针对采用分布式角动量交换执行机构的挠性航天器,提出一种基于优化策略的姿态控制及振动抑制方法。考虑不同执行机构安装节点处采用相同的控制律,姿态控制和振动抑制问题可以转化为控制器参数的确定问题。姿态控制性能通过控制器参数的... 详细信息

针对采用分布式角动量交换执行机构的挠性航天器,提出一种基于优化策略的姿态控制及振动抑制方法。考虑不同执行机构安装节点处采用相同的控制律,姿态控制和振动抑制问题可以转化为控制器参数的确定问题。姿态控制性能通过控制器参数的等式约束实现,振动抑制通过极小化包含各执行机构安装节点处振动状态的指标函数实现。求解优化问题获得控制律参数后,不同执行机构节点分别输出力矩以完成姿态控制及振动抑制任务。该方法同时处理了姿态控制及振动抑制问题,且可以实现振动抑制指标的最优,对分布式系统的控制设计具有较大的参考价值。仿真结果表明该方法可有效完成挠性航天器的姿态控制,并具有良好的振动抑制效果。

关键词：挠性航天器分布式执行机构姿态控制振动抑制优化控制

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一种卫星姿轨一体化模型预测容错控制方法

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宇航学报 2023年第6期44卷 885-894页

作者：孙楚琦肖岩叶东孙兆伟哈尔滨工业大学航天学院卫星技术研究所哈尔滨150080

针对在轨服务机动过程中卫星推力器、飞轮执行机构性能衰减问题,提出了一种基于滚动时域估计的模型预测容错控制方法。首先给出了基于对偶四元数的卫星姿轨一体化误差动力学模型,基于此设计了适用于姿轨一体跟踪控制的显式模型预测控制... 详细信息

针对在轨服务机动过程中卫星推力器、飞轮执行机构性能衰减问题,提出了一种基于滚动时域估计的模型预测容错控制方法。首先给出了基于对偶四元数的卫星姿轨一体化误差动力学模型,基于此设计了适用于姿轨一体跟踪控制的显式模型预测控制策略。然后,考虑在轨卫星推力器及飞轮执行机构的退化失效故障,设计由历史系统状态与控制序列驱动的滚动时域估计器(MHE),对故障执行机构的输出效率进行快速估计并反馈给控制器,在线实时调整控制器参数,最终完成了执行机构故障下适用于姿轨协同机动过程的模型预测容错控制设计。仿真结果表明,在设计的模型预测容错控制的作用下,系统能够快速准确地估计执行机构的故障系数,实现对期望姿轨状态的稳定跟踪控制。

关键词：卫星控制在轨服务姿轨一体化模型预测容错控制

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地面多目标快速响应任务轨道设计

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宇航学报 2023年第5期44卷 677-686页

作者：张海洋张刚哈尔滨工业大学航天学院卫星技术研究所哈尔滨150001

针对多目标快速响应对地成像任务,提出了一种J_(2)摄动下4个地面目标重复访问以及5个地面目标单次访问的轨道设计方法。首先在轨道倾角已知的假设下,通过第1个目标点的访问约束解析得到升交点赤经和参数纬度幅角,然后通过第2、3、4个目... 详细信息

针对多目标快速响应对地成像任务,提出了一种J_(2)摄动下4个地面目标重复访问以及5个地面目标单次访问的轨道设计方法。首先在轨道倾角已知的假设下,通过第1个目标点的访问约束解析得到升交点赤经和参数纬度幅角,然后通过第2、3、4个目标点的访问约束数值求解得到近地点角距、偏心率和半长轴。最后,通过增加回归轨道约束或第5个目标点的访问约束,将轨道设计问题转化为只含有倾角的一维非线性方程,通过一维数值搜索进行求解。仿真结果表明,通过所提方法设计轨道的星下点轨迹能够精确经过指定的多个地面目标,验证了方法的有效性和正确性。

关键词：快速响应空间多目标点星下点轨迹轨道设计 J2摄动

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集群航天器网络发展现状及关键技术

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哈尔滨工业大学学报 2017年第4期49卷 1-7页

作者：陈庆张锦绣曹喜滨哈尔滨工业大学卫星技术研究所

为研究新兴集群航天器网络的发展现状及其亟需解决的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结.集群航天器是一种通过无线链路进行信息交互的,多航天器间协同工作的新型航天器构架,服务于未来日益复杂多样的空间探索任务.首先,... 详细信息

为研究新兴集群航天器网络的发展现状及其亟需解决的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结.集群航天器是一种通过无线链路进行信息交互的,多航天器间协同工作的新型航天器构架,服务于未来日益复杂多样的空间探索任务.首先,结合卫星集群的定义,明晰了集群航天器网络的概念.然后,分析目前分布式协同工作的空间探索任务,阐述了集群航天器的发展历程,并从图论和轨道动力学角度描述了集群航天器网络的特征.最后,总结了集群航天器网络发展过程中亟需解决的关键技术难题,包括网络拓扑控制技术、路由技术、空间互联协议技术、协议跨层资源调配技术等,并结合其他领域研究热点提出了相应的发展建议.研究表明,集群航天器网络的技术研究尚处于初始阶段,仍有许多技术难题亟需解决,同时,成熟的互联网、移动传感器网络等可作为关键技术难题突破的参考.

关键词：集群航天器网络拓扑控制数据路由空间互联协议跨层资源调配

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编队卫星相对轨道与姿态一体化耦合控制

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南京航空航天大学学报 2010年第1期42卷 13-20页

作者：吴云华曹喜滨张世杰邢艳军郑鹏飞哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150080

采用单个连续小推力推力器以及反作用飞轮作为执行机构的编队卫星相对轨道与姿态耦合控制问题。采用单个连续小推力推力器时,相对轨道控制推力作用时间较长,同时在任意时刻或一段时间内推力矢量不能指向空间任意方向,且其依赖于卫星当... 详细信息

采用单个连续小推力推力器以及反作用飞轮作为执行机构的编队卫星相对轨道与姿态耦合控制问题。采用单个连续小推力推力器时,相对轨道控制推力作用时间较长,同时在任意时刻或一段时间内推力矢量不能指向空间任意方向,且其依赖于卫星当前姿态和姿态机动能力;一些编队任务对姿态确定精度有较高要求,为了能够提供较高的姿态测量精度,星敏感器应避免对准太阳,因此姿态动力学的非凸性和非线性使得编队耦合控制问题进一步复杂化。考虑以上约束,采用高斯伪谱法把连续控制问题直接转换成离散形式非线性规划问题。最后以双星编队队形初始化最优控制为例进行数学仿真,结果表明了该方法的有效性和实用性。

关键词：编队飞行耦合动力学燃料最优高斯伪谱法

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带有干扰观测器的凝视航天器姿态变结构控制

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哈尔滨工业大学学报 2010年第9期42卷 1374-1378,1417页

作者：孙兆伟邬树楠李晖哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001

研究了实现对地凝视观测时的航天器姿态控制问题.首先介绍了对地凝视模式及其成像优点,继而推导出实现对地凝视的期望姿态四元数和期望角速度,在此基础上得到姿态相对动力学和运动学方程;考虑到提高凝视成像精度、延长成像时间的要求,... 详细信息

研究了实现对地凝视观测时的航天器姿态控制问题.首先介绍了对地凝视模式及其成像优点,继而推导出实现对地凝视的期望姿态四元数和期望角速度,在此基础上得到姿态相对动力学和运动学方程;考虑到提高凝视成像精度、延长成像时间的要求,设计了一种变结构控制律,并采用干扰观测器的方法来抑制变结构控制的固有振颤,提高控制效果,并对这种方法和传统控制方法进行了比较.仿真结果表明,在实现对地凝视的姿态控制过程中,设计的控制器响应速度更快,具有更好的鲁棒性,并减弱了变结构控制的振颤问题.

关键词：姿态控制变结构控制滑模控制对地凝视干扰观测器

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采用SDRE方法的无径向推力最优轨道控制

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宇航学报 2017年第10期38卷 1057-1067页

作者：张相宇张刚曹喜滨哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001

针对无径向推力作用的两航天器轨道交会和编队卫星队形重构任务,采用状态依赖Riccati方程(SDRE)方法求解了其最优轨道控制问题。首先考虑J2摄动和推力仅存在于追踪航天器的周向和法向,推导了状态依赖配点(SDC)形式的非线性相对运动方程... 详细信息

针对无径向推力作用的两航天器轨道交会和编队卫星队形重构任务,采用状态依赖Riccati方程(SDRE)方法求解了其最优轨道控制问题。首先考虑J2摄动和推力仅存在于追踪航天器的周向和法向,推导了状态依赖配点(SDC)形式的非线性相对运动方程。然后针对终端状态为零的轨道交会问题,采用SDRE方法得到了最优反馈控制律,并给出了状态依赖Riccati微分方程的近似求解策略和数值求解策略。接着扩展了SDRE方法并将其用于终端状态不为零的编队卫星队形重构问题,并给出了相应的数值求解策略。相比于伪谱法等优化方法,本文提出的方法不需要初始猜测值。此外,数值仿真表明,解析求解Riccati微分方程方法对于近圆轨道具有较高的精度,数值计算方法对即使偏心率为0.3的椭圆轨道,其最优性偏差仍小于6%。

关键词：轨道交会编队重构状态依赖Riccati方程(SDRE) 周向推力轨迹优化

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