检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2023年第13期44卷 1-21页

作者：冯浩阳汪雪川岳晓奎王昌涛西北工业大学航天飞行动力学技术国家级重点实验室西安710072 西北工业大学航天学院西安710072

航天器轨道计算是航天动力学与控制领域的基础问题,未来空间任务对轨道计算的精度和实时性要求更高,研究新型高性能空间轨道计算方法对于中国未来航天工程具有重大应用价值。概述了空间轨道计算的研究背景,系统梳理了求解轨道递推问题和... 详细信息

航天器轨道计算是航天动力学与控制领域的基础问题,未来空间任务对轨道计算的精度和实时性要求更高,研究新型高性能空间轨道计算方法对于中国未来航天工程具有重大应用价值。概述了空间轨道计算的研究背景,系统梳理了求解轨道递推问题和Lambert问题的各类方法,介绍了各类方法的求解思想和优缺点,对轨道计算方法的发展趋势进行展望,为具体任务中轨道计算方法的选取提供参考,也为新型高性能空间轨道计算方法的设计提供启发。

关键词：轨道递推 Lambert问题打靶法伪谱法配点法边值问题有限差分法

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在轨服务中的仿生抗冲击结构研究

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宇航学报 2020年第8期41卷 1000-1007页

作者：王鑫岳晓奎代洪华袁建平西北工业大学航天学院西安710072 西北工业大学航天飞行动力学技术国家级重点实验室西安710072

针对在轨服务航天器末端执行器在抓捕目标时由于速度不匹配而产生的振动问题,本文受自然界中高速奔跑的袋鼠腿部结构启发,将嵌套仿生X形结构安装在服务航天器机械臂和抓捕机构之间,来抑制由碰撞所产生的抓捕后振动。通过对此系统在受到... 详细信息

针对在轨服务航天器末端执行器在抓捕目标时由于速度不匹配而产生的振动问题,本文受自然界中高速奔跑的袋鼠腿部结构启发,将嵌套仿生X形结构安装在服务航天器机械臂和抓捕机构之间,来抑制由碰撞所产生的抓捕后振动。通过对此系统在受到外冲击力下进行建模分析,并与传统的弹簧质量阻尼器和单层仿生X形结构的隔振性能进行对比,仿真结果表明,此嵌套仿生X形结构隔振系统具有更好的振动隔离效果,能够更加有效地抑制航天器抓捕后振动。

关键词：在轨服务嵌套仿生X形结构振动隔离冲击力

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基于浸入与不变理论的航天器姿态跟踪自适应控制

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航空学报 2020年第2期41卷 307-318页

作者：夏冬冬岳晓奎西北工业大学航天飞行动力学技术国家级重点实验室西安710072 西北工业大学航天学院西安710072

针对惯性参数不确定的航天器姿态跟踪控制问题,基于浸入与不变(I&I)方法设计出了一种新的姿态跟踪控制器。研究结果表明,传统的浸入与不变方法运用到姿态跟踪模型,存在参数回归矩阵不可积进而导致偏微分方程无解析解的问题。针对该... 详细信息

针对惯性参数不确定的航天器姿态跟踪控制问题,基于浸入与不变(I&I)方法设计出了一种新的姿态跟踪控制器。研究结果表明,传统的浸入与不变方法运用到姿态跟踪模型,存在参数回归矩阵不可积进而导致偏微分方程无解析解的问题。针对该问题,提出了一种对回归矩阵改造使其满足可积条件的方法,通过动态放缩技术消除了回归矩阵改造前后的差异对闭环系统稳定性的影响,设计出了一种新的航天器姿态跟踪自适应控制器。通过李雅普诺夫稳定性分析方法证明了所设计的控制器能够保证闭环系统的全局渐近稳定性。相对于已有的基于动态放缩法的浸入与不变控制器,设计了一种全新的缩放因子,使得控制器的执行不需要缩放因子的信息,并且也不需要惯量矩阵的先验信息。最后,仿真对比实验进一步验证了所设计控制器的有效性和优越性。

关键词：浸入与不变惯性参数不确定姿态跟踪控制回归矩阵动态放缩法李雅普诺夫分析

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考虑J2项摄动的小推力燃料最优转移轨道设计

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哈尔滨工业大学学报 2017年第10期49卷 15-21页

作者：潘迅泮斌峰唐硕西北工业大学航天学院西安710072 航天飞行动力学技术国家级重点实验室(西北工业大学) 西安710072

为优化得到考虑地球扁率J2项摄动影响的小推力燃料最优转移轨道,提出了一种3次同伦方法.构造较简单的采用"线性引力",且不考虑J2项摄动的大推力能量最优转移轨道作为同伦初始问题.引入3个同伦参数,分别对动力学模型、推力大... 详细信息

为优化得到考虑地球扁率J2项摄动影响的小推力燃料最优转移轨道,提出了一种3次同伦方法.构造较简单的采用"线性引力",且不考虑J2项摄动的大推力能量最优转移轨道作为同伦初始问题.引入3个同伦参数,分别对动力学模型、推力大小和性能指标进行同伦,根据极小值原理推导得到同伦过程中的最优控制律,并通过跟踪同伦参数的连续变化求解一系列的同伦迭代子问题,分别得到J2摄动模型下的大推力能量最优转移轨道和小推力能量最优转移轨道,并最终优化得到小推力燃料最优转移轨道.以航天器与位于太阳同步轨道的碎片的交会任务为算例进行数值仿真,验证所提出的3次同伦方法在求解J2项摄动影响下的小推力燃料最优转移轨道优化问题中的有效性.结果表明,利用打靶法容易对同伦初始问题进行求解,在同伦过程中能连续稳定地跟踪同伦参数,进而得到所需的燃料最优小推力转移轨道,利用该方法能有效地解决J2项摄动导致的非线性强、推力小、转移圈数多等原因所导致的一般数值优化算法不易收敛的难题.

关键词：轨道转移 J2项摄动小推力推进同伦方法最优控制

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跟踪-微分器在全捷联制导中的应用分析

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西北工业大学学报 2014年第5期32卷 817-821页

作者：王佩张科吕梅柏西北工业大学航天学院陕西西安710072 航天飞行动力学国家级重点实验室陕西西安710072

以仅能获取角度信息的全捷联导引头为研究对象,针对采用直接微分提取惯性视线角速率时存在的噪声放大问题,基于跟踪微分器设计了一种全捷联制导信息提取算法。结合导引头的性能指标要求,对3种不同形式跟踪微分器的提取效果进行了对比分... 详细信息

以仅能获取角度信息的全捷联导引头为研究对象,针对采用直接微分提取惯性视线角速率时存在的噪声放大问题,基于跟踪微分器设计了一种全捷联制导信息提取算法。结合导引头的性能指标要求,对3种不同形式跟踪微分器的提取效果进行了对比分析。仿真结果表明,采用非线性微分器进行惯性视线角速率提取,可以减小延迟时间,避免噪声放大,有效提高制导精度,具有一定的工程应用价值。

关键词：捷联导引头跟踪微分器视线角速率提取制导精度

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基于均匀设计的张量积分布补偿控制系统设计

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控制与决策 2015年第4期30卷 745-750页

作者：崔建峰张科吕梅柏西北工业大学航天学院西安710072 西北工业大学航天飞行动力学国家级重点实验室西安710072

现有的张量积分布补偿控制方法计算负荷会随着变参数维数的增加而迅速增大,这使得该方法在中高维LPV系统上的应用受到限制.针对此问题,提出一种基于均匀设计的张量积分布补偿控制方法,该方法通过均匀设计获取LPV系统的离散张量,使离散... 详细信息

现有的张量积分布补偿控制方法计算负荷会随着变参数维数的增加而迅速增大,这使得该方法在中高维LPV系统上的应用受到限制.针对此问题,提出一种基于均匀设计的张量积分布补偿控制方法,该方法通过均匀设计获取LPV系统的离散张量,使离散数据与变参数维数弱相关.仿真结果表明,基于均匀设计的张量积分布补偿控制可以在控制效果基本不变的情况下,有效降低控制算法的计算负荷.

关键词：线性变参数系统张量乘积模型转换多胞系统均匀设计倒立摆

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基于动态规划的月面定点着陆快速制导方法

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西北工业大学学报 2021年第1期39卷 159-166页

作者：赵弘骞代洪华党朝辉西北工业大学航天学院陕西西安710072 航天飞行动力学技术国家级重点实验室陕西西安710072

提出了一种面向月面紧急救援任务的多阶段轨道转移与定点着陆全程时间最优制导新方法。建立了包含4个阶段的月面紧急救援全程运动及动力学模型。在初轨转移段,设计了在月球非球形引力摄动下基于“预测+校正”的Lambert算法。在动力下降... 详细信息

提出了一种面向月面紧急救援任务的多阶段轨道转移与定点着陆全程时间最优制导新方法。建立了包含4个阶段的月面紧急救援全程运动及动力学模型。在初轨转移段,设计了在月球非球形引力摄动下基于“预测+校正”的Lambert算法。在动力下降段,利用哈密尔顿函数设计了一种可在轨实时应用的时间次优显式制导律。针对多阶段全局时间最优制导问题,通过对全程各段建立允许控制集,采用动态规划法得到了全程时间最优的制导律。仿真结果表明该方法相比于分段最优控制方法优化效果更好,全过程用时更短,对未来载人月球探测过程可能出现的月面紧急救援任务具有重要意义。

关键词：月面紧急救援 Lambert算法动力下降段动态规划法

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自由漂浮空间机器人无逆运动学基于采样的运动规划

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西北工业大学学报 2021年第5期39卷 1005-1011页

作者：张红文朱战霞袁建平西北工业大学航天学院陕西西安710072 航天飞行动力学技术国家级重点实验室陕西西安710072

自由漂浮空间机器人(free-floating space robot,FFSR)是进行在轨服务的重要工具,其基座姿态和关节角间存在复杂的一阶微分约束关系,进行运动规划时需直接考虑微分约束,这让其运动规划问题充满挑战。“先求逆运动学,再规划轨迹”的运动... 详细信息

自由漂浮空间机器人(free-floating space robot,FFSR)是进行在轨服务的重要工具,其基座姿态和关节角间存在复杂的一阶微分约束关系,进行运动规划时需直接考虑微分约束,这让其运动规划问题充满挑战。“先求逆运动学,再规划轨迹”的运动规划框架,存在目标构型与初始构型未必在同一连通域的隐患,为克服这一隐患,基于有目标偏置的RRT(GB-RRT)研究了FFSR从初始构型到目标末端位姿的运动规划问题。对于算法中的目标末端位姿导引生长,考虑到因FFSR执行机构自由度不足,而导致的末端位姿误差收敛与有效调节基座姿态相互矛盾的问题,提出适时调节基座姿态的目标末端位姿导引局部规划器,该局部规划器在保证末端位姿误差能够收敛情况下,兼顾基座姿态调节。此外,还设计了用于探索构型空间的随机构型导引生长局部规划器。将上述2种局部规划器与GB-RRT结合,可实现在不求解逆运动学的情况下,完成规划任务,且保证基座姿态扰动满足要求。仿真验证了算法的有效性。

关键词：自由漂浮空间机器人运动规划基于采样的运动规划非完整性

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面向空间操作的软体机器人:驱动、建模和感知

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宇航学报 2023年第4期44卷 644-656页

作者：岳晓奎王勇越朱明珠汪雪川西北工业大学航天学院西安710072 西北工业大学飞行动力学技术国家级重点实验室西安710072

针对现有空间机器人难以满足在轨服务任务需求的问题,提出了将软体机器人进行空间应用的设想。在梳理软体机器人自20世纪至今发展历程的基础上,将软体驱动器分为流体驱动、形状记忆材料驱动、电驱动等几类,对比了不同驱动方式的驱动机... 详细信息

针对现有空间机器人难以满足在轨服务任务需求的问题,提出了将软体机器人进行空间应用的设想。在梳理软体机器人自20世纪至今发展历程的基础上,将软体驱动器分为流体驱动、形状记忆材料驱动、电驱动等几类,对比了不同驱动方式的驱动机理和适用环境。讨论了软体变刚度机构对于软体机器人操作能力的提升。分析了软体机器人运动学建模和动力学建模的困难性并总结了目前的研究方法。此外,提出了将柔性传感技术与人工智能算法相结合以提高软体机器人的智能化水平。最后分析了软体机器人空间应用可能面临的关键技术挑战,为未来空间软体机器人研究提供参考。

关键词：在轨服务软体机器人软体驱动器柔性传感技术人工智能

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并行加速的局部变分迭代法及其轨道计算应用

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力学学报 2023年第4期55卷 991-1003页

作者：王昌涛代洪华张哲汪雪川岳晓奎航天飞行动力学技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学航天学院西安710072

为满足航天工程对轨道计算精度和实时性的高要求,近年来发展出了可以通过大步长积分修正实现快速精确求解的积分修正类方法.积分修正类方法有可并行计算的特点,然而在串行计算环境下会受到计算资源的限制,无法充分发挥其可并行加速的优... 详细信息

为满足航天工程对轨道计算精度和实时性的高要求,近年来发展出了可以通过大步长积分修正实现快速精确求解的积分修正类方法.积分修正类方法有可并行计算的特点,然而在串行计算环境下会受到计算资源的限制,无法充分发挥其可并行加速的优势.此外,合理的计算参数通常难以预先确定,也使积分修正类方法大步长快速计算的优势难以充分体现.针对以上问题,利用积分修正类方法可并行计算的特点,提出了并行加速的局部变分迭代法PA-LVIM,通过将传统局部变分迭代法LVIM的并行计算量均摊到多个计算节点上,显著提高了计算速度.此外,还使用根据系统状态二阶导数分布确定计算参数的打磨法优化了PA-LVIM的计算参数,进一步发挥了其大步长快速计算的优势.求解了三个经典的轨道递推问题,仿真结果表明,PA-LVIM的加速效果明显,且经打磨法优化计算参数后,其计算效率又进一步得到提高,将当前主流方法的计算效率提高了5倍以上.

关键词：轨道动力学大步长变参数法迭代法并行计算星载实时计算

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