近距离跟踪指向空间非合作目标有限时间控制

追踪航天器在对空间非合作目标进行近距离跟踪与监视时,需要接近非合作目标并从特定方位保持对目标的指向与观测.针对非合作目标存在姿态翻滚以及未知轨道机动时追踪航天器保持近距离跟踪与指向的问题,在视线坐标系和体坐标系下分别建立了相对轨道和姿态的动力学方程,并构建了对轨道与姿态同步控制的六自由度模型,利用RBF神经网络对系统不确定性及未知的目标运动参数进行自适应估计和补偿,采用反步法思想设计控制器使追踪航天器在有限时间内收敛到期望的相对轨道和姿态并维持保持状态.进一步考虑控制输入饱和、死区等非线性特性,对控制律进行改进.改进后的控制算法可以有效地提高控制精度,仿真结果验证了控制对象模型和控制算法的有效性.     

小行星重力场全球及局部球谐系数计算与仿真

为得到高精度的全球球谐系数,总结提出了检验点选取方式和多面体模型划分策略,定量分析表明了均匀取点和等面积划分法的优越性.提出了局部球谐系数概念,集中在小行星探测器任务规划中的主要活动区域选取检验点进行计算,通过构建一种新的性能指标说明了局部球谐系数的有效性.局部球谐系数可有效提高特定区域的重力场建模精度,克服传统意义球谐函数法无法在布里渊球域内使用的缺陷,显著提升了球谐函数法的应用范围.最后,以小行星Eros433为实际算例,计算了全球及局部球谐系数,说明了本文方法的有效性.     

敏捷凝视卫星密集点目标聚类与最优观测规划

针对敏捷凝视卫星密集点目标观测规划问题,提出一种快速观测任务聚类策略和启发式蚁群优化算法.首先,针对敏捷凝视卫星视场范围特点,提出基于顶点度的团划分算法,解决密集点观测任务聚类问题,形成系列团观测目标,有效提高观测效率;其次,为得到最优团目标观测序列,考虑目标可见时间窗口约束以及卫星敏捷机动能力约束,构建基于多目标观测收益和姿态机动能耗的性能指标,实现能量高效的任务规划;再次,为克服传统蚁群算法易陷入局部极小值和收敛较慢的缺点,设计一种同时考虑目标点优先级、目标可见时间窗口、目标之间卫星姿态转换时间等因素的启发式蚁群算法;最后,选取大规模密集地面目标验证所提出算法的可行性和高效性.     

基于广义逆的欠驱动航天器姿态机动控制

针对欠驱动刚体航天器机动控制问题,应用广义逆方法设计了姿态机动控制器. 首先将三轴稳定欠驱动航天器动力学和运动学系统分解为三个子系统, 应用微分几何理论将欠驱动航天器子系统转化为逐点线性形式, 并设计了欠驱动航天器子系统渐近稳定控制器,进一步引入了动态尺度广义逆和摄动零控制向量, 实现了对另外两轴的控制.设计的广义逆姿态控制器保证了整个系统的渐近稳定性, 达到了控制要求. 数值仿真实验结果表明了所设计控制律的有效性.     

航天器执行机构部分失效故障的鲁棒容错控制

针对航天器在轨运行时受到外部干扰以及存在执行机构部分失效故障的问题,提出一种基于白适应滑模控制的鲁棒容错控制方法．该方法利用自适应算法估计执行机构故障的最小值,并通过设计滑模变结构控制器来实现对故障的容错控制以及对干扰的抑制控制,无需精确获得执行机构故障值,从而使得设计的控制器对于故障具有一定的鲁棒性．仿真结果表明了该...     

有向网络下非线性多智能体系统的协调跟踪

基于一致性理论,在有向拓扑结构下研究非线性多智能体系统的协调跟踪控制问题．考虑智能体动力学模型为一般且仅满足Lipschitz条件的非线性系统,在仅有部分跟随智能体能获取领航智能体信息的情形下,当领航智能体与跟随智能体之间的拓扑结构具有有向生成树,即存在领航智能体到所有跟随智能体的有向路径时,所设计的分布式控制律可实现所有跟随智能体对领航智能体的跟踪,并指出该拓扑结构是系统实现跟踪的一个必要条件．最后,仿真实验验证了所设计控制算法的有效性．     

采用混合遗传算法的敏捷卫星自主观测任务规划

为改进敏捷卫星观测大规模地面目标点时传统的遗传算法求解效率低下的问题,提高智能优化算法的求解效率,改进了传统的遗传算法,提出了禁忌退火遗传混合算法。首先,考虑到航天器在观测地面目标点的过程中所面临的时间约束、姿态轨道动力学约束等多种约束条件,建立了相应的适应度函数。所提出的适应度函数能够兼顾高观测收益与低观测能耗,反应了实际工程问题的观测需求。随后,为改进传统遗传算法的变异过程,提出了禁忌退火变异方法。这一变异方法在个体变异寻优的过程中,引入了禁忌搜索方法与Metropolis法则,提高了算法搜寻到全局最优解的概率,加快了算法的收敛速度。研究结果表明,与传统的遗传算法相比,禁忌退火遗传混合算法节省了约40%的算法运行时间,该算法的运行效率也高于退火遗传算法、禁忌遗传算法等其他种类改进的遗传算法,从而验证了禁忌退火遗传混合算法求解敏捷观测卫星任务规划问题的高效性。     

扫描式地平仪姿态测量误差研究

本文讨论了由于地球扁率和地球辐射引起的地平仪测量误差的模型，给出了解析形式的姿态误差的计算公式。同时还对地平仪测量误差原因进行了分析，最后，通过算例，给出了滚动角和俯仰角测量误差曲线。     

偏置动量轮控卫星姿态控制

研究了轮控的三轴稳定的偏置动量卫星姿态控制问题。卫星的俯仰回路采用偏置动量轮，滚动／偏航轴上各安装一个反作用飞轮来完成姿态控制。小姿态角下俯仰回路可以单独设计，利用测量的俯仰角来实现其姿态控制；滚动／偏航回路利用滚动信息，采用基于偏航观测器的滑模控制器设计。磁力矩器提供的磁矩与地磁场作用产生的力矩实现了飞轮的动量卸载。对卫星姿态控制系统进行的仿真研究结果表明，所设计的控制方案在飞轮输出力矩工作范围内，可使卫星达到很高的姿态控制精度。     

基于RBF网络的SCARA机器人的运动学逆解

针对机器人逆运动学问题,在径向基函数神经网络也称RBF(Radial Basis Function)神经网络的基础上,提出了利用科利达公司提供的SCARA机器人的正解结果作为训练样本,通过逐次训练得到机器人从工作空间到关节空间的映射,从而实现运动学逆解计算的方法.此方法避免了公式推倒和编程计算的复杂过程,求解简单,实时性强.