空间绳系机器人的多次推力逼近策略研究

针对空间绳系机器人近距离逼近问题,提出了基于时间最优的一般N次推力机动策略及算法,由演化得到的等时间N次机动模式和等速度增量N次推力机动模式,能够将多次推力机动策略中复杂的多时间变量求值问题转化为有非线性约束的最小机动时间问题,并利用基于罚函数法的遗传算法进行求解,对空间绳系机器人的近距离逼近问题进行了仿真。仿真表明:一般N次推力机动策略及算法能够很好解决此类多时间变量求值问题;且不需要进行初始速度脉冲修正,相对于基于"时间倒流法"的N次推力策略和连续推力具有较小的机动时间,并在某些情形下相较于后两者以及双冲量机动具有较少的能耗或者较小的最大视界角,为绳系机器人推动逼近设计提供了依据。     

基于机械臂运动的组合航天器惯性参数在轨辨识

随着空间技术发展,交会对接任务越来越多,服务航天器与目标航天器对接形成组合航天器后惯性参数会发生明显变化。因此,提出一种基于机械臂运动的组合航天器惯性参数在轨辨识方法。该方法可以分为2步:第一步辨识组合航天器的质量和质心;第二步辨识组合航天器的惯性张量。该方法优点是实现了质量、质心与惯性张量等辨识参数的相互解耦,不需要消耗航天器上宝贵的喷气燃料,仅需要测量航天器的速度,而不是加速度和力。仿真结果验证了方法的有效性。     

考虑空间系绳释放特性的空间绳系机器人协调耦合控制

针对空间绳系机器人的轨迹跟踪控制问题,提出考虑系绳释放特性的跟踪轨迹协调控制方法.该方法考虑系绳释放的动力学特性,在最优轨迹规划过程中将系绳释放速度作为一个规划量,将系绳释放机构的转矩作为一个控制输入,结合操作机器人上推力器控制输入设计协调耦合位姿控制器.该方法的优点是控制输入易于施加,可工程实现系绳协调控制.仿真结果表明,操作机器人能精确跟踪最优轨迹,末端误差为±0.1 m,且能有效跟踪期望姿态,精度在±0.2°.     

空间机器人姿态稳定方法研究

研究机器人动态优化问题,空间机器人的动力学耦合特性会影响系统的稳定性.空间机器人由于机械运动基座产生扰动,影响姿态稳定.通过建立空间机器人的动力学模型,结合动力学耦合特性分析了空间机器人的零反作用空间.提出基于零反作用空间的基座姿态稳定方法,实现了机械臂与基座的动力学解耦.不采用反作用飞轮或反作用喷气装置,即可使空间机器人的基座姿态达到稳定,达到了节省星上能源,延长空间机器人使用寿命的目的.在Matlab上进行数值仿真实验,结果验证了方法的有效性和可行性.方法能够为空间机器人在轨操作提供理论依据.     

基于混沌遗传的巡航导弹实时规划技术

研究针对突发威胁的实时规划技术能够提高巡航导弹在未知威胁环境中的生存能力,具有重大的研究价值。实时规划的规划思想和规划算法的设计问题是巡航导弹实时规划技术必须要解决的两大难题。基于解决问题的考虑,设计了实时航迹规划的规划思路和一种混沌遗传规划算法。基于传统遗传算法的思想,利用威胁和约束条件构建适应度函数对航迹进行评价,设计了一种特殊的实数结构体编码,提出了合适的选择、交叉、变异三种算子使种群进化,并引入了混沌搜索算子,加速种群的收敛。最后进行了实时航迹规划的仿真分析。仿真结果表明:实时规划的航迹能够避开地形和新出现的威胁,算法收敛速度较快。这说明,设计的算法能够满足当前未知威胁环境下巡航导弹实时规划的需要。     

高超声速巡航飞行器在线航迹规划方法

为解决弹载计算机内存小、运算速度慢与在线航迹规划内存需求大、实时性要求高之间的矛盾,给出了基于高速DSP的高超声速飞行器在线航迹规划方案。介绍了一种实时航迹规划策略,设计了基于ADSP21364的在线航迹规划器,提出了改进的稀疏A*算法,最后进行了地面模拟飞行试验。仿真结果表明,设计的规划策略和规划算法能够在现有硬件基础上避开各种新威胁,生成一条当前最优/次优的航迹,并且规划稳定性好、成功率高。     

基于时变输出约束的机器人遥操作有限时间控制方法

受操作时间窗口和工作空间的限制,空间遥操作任务需要在有限时间内完成,同时确保末端执行器满足物理约束。此外,时延和外部扰动使不确定遥操作系统的稳定性和控制性能受到严重影响。为此,本文提出了一种基于时变输出约束的机器人遥操作有限时间控制方法。首先,利用积分障碍李雅普诺夫函数处理操作空间的时变约束问题,实用有限时间李雅普诺夫稳定定理保证了系统的快速稳定性。然后,利用神经网络估计环境力以及消解模型不确定性带来的影响,利用鲁棒项补偿神经网络的估计偏差和消解未知外部扰动的影响。最后,在Matlab/Simulink环境下同其他算法进行仿真对比,并在地面实验平台上验证了该算法,理论仿真和实验结果表明该方法进一步提高了误差收敛速率和收敛精度,且系统的输出不会超出预先设定的时变边界。     

高超声速巡航飞行器振动建模及精细姿态控制

为保证超燃冲压发动机的良好进气环境,需要对高超声速巡航飞行器进行精细姿态控制,但弹性振动大大提高了精细姿态控制的设计难度。以高超声速巡航飞行器的纵向通道为例,文章分析弹性振动对飞行控制系统的影响,建立高超声速巡航飞行器的弹性模型,将精细姿态控制问题简化为超燃冲压发动机进气口当地攻角的精细控制问题,考虑机体/发动机耦合和气动热造成了气动参数和模态参数大范围摄动问题,基于H∞理论设计鲁棒控制系统。仿真表明,在考虑测量噪声、舵机非线性、参数大范围摄动的情况下仍然能够很好地跟踪刚体攻角,抑制弹性攻角,保证进气口当地攻角±0.6°的控制精度,满足高超声速飞行器精细姿态控制的要求。     

新型柔性触觉传感器阵列结构设计及仿真研究

基于新型力敏导电橡胶的压阻效应和力信息检测原理,设计了一种三维网状阵列结构的柔性力敏导电橡胶触觉传感器.通过分析得出计算三维力的数学描述,并针对多维柔性触觉传感器的阵列结构进行了有限元仿真研究,获得了在不同的三维力作用下中心节点坐标的三个方向位移变化量,并计算了三维力作用前后力敏导电橡胶阵列单元的输出电阻的变化,为验证实验结果和新型结构设计提供有效的依据.     

基于伪测量法的直链式N体空间绳系系统约束状态估计

针对直链式N体空间绳系系统（STS）,将系绳绳长作为先验信息,在仅使用2个GPS（全球定位系统）传感器的条件下,提出了一种基于伪测量法的约束状态估计方法。首先,基于Udwadia-Kalaba方法建立了一种新颖的直链式N体STS通用动力学模型。然后,针对GPS传感器更新频率低和非线性系统模型线性化过程中雅可比矩阵计算复杂的问题,开发了一种改进的平方根无迹卡尔曼滤波（IUKF）算法。同时,基于李导数的局部弱可观的秩判据方法严格证明了本文估计方法的可观性。最后,仿真验证了本文方法的有效性。仿真结果表明所提方法能够保证系统状态估计精度和跟踪实时性。