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航天器多层隔热材料边缘漏热分析与设计
多层隔热 边缘漏热 航天器 复合传热
2013/4/9
推导了高真空多层隔热材料（MLI）的一维传热半经验公式，结合文献实验数据反演了屏间固体导热系数和反射屏发射率。以此为基础，采用有限元方法建立了多层隔热组件的二维稳态辐射和导热的复合传热数值分析模型。定量分析了影响隔热性能的多个因素（如安装面积、层密度、压敏胶带的导热系数和发射率）对边缘漏热的影响。比较了多层隔热材料周边不包覆和进行包覆两种情况下的边缘漏热大小，得到了对周边进行包覆时的漏热量比不封闭...
针对时间固定的两航天器追逃问题，基于微分对策理论研究了追逃双方的最优控制策略及求解方法。研究在两航天器均为连续小推力假设条件下，以终端距离为支付函数，追踪器希望支付最小，逃逸器希望支付最大，并考虑时变的轨道高度及时变的角速度建立对策模型，模型具有高维时变特征；由对策必要条件，对策研究最终转化为高维时变非线性两点边值问题的求解。 提出采用多重打靶法和多目标遗传算法的混合算法，可以解决航天器追逃这类两...
研究了非零初始整星角动量下两飞轮驱动航天器姿态机动控制问题,针对在两飞轮旋转轴平面外某一视线轴的指向控制,给出了目标姿态生成算法和一种抗输入饱和的视线轴指向滑模控制算法。首先,通过对两飞轮驱动航天器静止时的可行姿态进行分析,给出了视线轴指向目标方向的必要条件。然后,基于该条件得到了使视线轴与目标方向偏差最小的目标姿态。最后,对状态方程进行降维和线性化处理,设计了一种抗输入饱和的视线轴指向滑模控制算...
采用自适应滑模控制(ASMC)技术进行姿态跟踪系统设计时,切换增益的整定不需要外部干扰及惯量阵不确定性的上界信息。但现有自适应滑模控制方法存在过度适应问题,产生的切换增益远大于控制所需值。为解决该问题,在自适应滑模控制框架内开展了刚体航天器姿态跟踪控制研究。首先对切换增益自适应机制进行分析,揭示了造成过度适应问题的原因。然后利用积分滑模控制的全局滑模特点,消除了初始跟踪误差对自适应过程的影响,提出...
一个在轨服务可有多种服务选择，必须进行合理的任务指派。首先求解服务航天器满足燃耗约束下的可达区域，筛选出满足可达范围要求的目标航天器。然后，以任务执行时间、燃料消耗和航天器服务优先级为优化目标，研究多目标的任务指派问题。通过设计决策变量，考虑时间、燃耗等约束，建立了基于0-1整数规划的任务模型，采用NSGA- Ⅱ算法，求得问题的Pareto最优集，得到多组可供任务设计者选择自己偏好的折中方案。给出...
针对基于视觉的航天器相对导航问题,利用对偶数推导并给出了航天器相对耦合动力学方程,该方程一体化描述了追踪航天器相对于目标航天器的姿态运动和轨道运动,且考虑了由非质心点引起的相对姿态与相对轨道之间的耦合影响。在对偶代数的框架内,统一描述了目标航天器上的特征点和特征线,并基于特征点、线在像平面的投影建立了多特征融合的单目视觉测量模型。最后通过对系统状态方程以及测量方程的线性化,应用迭代扩展卡尔曼滤波(...
针对大型挠性航天器姿态机动过程中的振动抑制问题,提出一种输入成形(IS)与自适应滑模控制(ASMC)相结合的控制策略。该控制策略利用输入成形抑制标称挠性系统的残余振动,并通过滑模控制保证实际系统在参数不确定性和外部干扰的影响下实现对标称系统的跟踪,解决了输入成形对参数不确定性和外部干扰的敏感性问题。进一步采用自适应技术去除了滑模切换增益对参数不确定性和干扰上界的先验性要求。仿真结果表明,在参数不确...
针对挠性航天器姿态跟踪控制问题,提出一种新型的具有强鲁棒性的分数阶滑模控制器。利用分数阶微分算子的快速收敛性与信息记忆性,在滑模面与控制输入中均引入分数阶微分算子,使新型控制器具有分数阶微分与滑模控制的双重优点,从而使姿态跟踪控制系统具有更好的快速性、强鲁棒性和良好的抗干扰性。进一步使用Lyapunov理论与分数阶稳定性理论证明了整个系统的稳定性,分析了分数阶滑模面的优点。数值仿真验证了分数阶滑模...
挠性航天器的退步直接自适应姿态跟踪控制
退步控制 非线性直接自适应控制 正实性
2012/9/25
针对参数不确定的挠性航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种退步直接自适应控制算法。首先验证了挠性航天器动力学子系统的近似严格正实性,并设计了具有理想控制性能的参考模型;然后对以姿态四元数描述的运动学子系统设计常系数输出反馈中间控制律,使航天器姿态四元数输出渐近跟踪参考模型输出;最后退一步,对具有参数不确定特性的动力学子系统,基于非线性直接自适应控制理论和Lyapunov稳定性理论,设计了退步直接自适应...
捕获非合作目标后航天器质量特性发生突变,这大大地增加了系统的不确定性,控制不当容易导致失稳。为避免控制过程中航天器出现较大系统干扰问题,提出了先识别捕获后的系统质量特性,而后合理摆放非合作目标的自主稳定策略。首先,对航天器捕获过程和自主稳定策略进行了描述;其次,依据动量矩定理建立了非合作目标与航天器组合系统的数学模型,推导了非合作目标位置与质量特性之间的关系;然后,基于航天器数学模型和姿态测量信息...
针对刚体航天器存在未知惯量参数、推力器故障以及控制受限的姿态控制问题,提出了一类自适应变结构容错控制方法,显式地引入推力器输出的饱和幅值,以确保控制输出在其要求界的范围内;同时,引入控制参数在线自适应调整技术,提高了控制律对参数、干扰以及故障变化的自适应能力;对设计者而言,推力器故障信息不需要进行在线检测和分离。此外,进一步考虑存在推力偏差对系统性能的影响,设计控制器参数使得闭环系统对这类推力偏差...
研究了在输入饱和约束条件下的航天器相对运动的姿态和轨道一体化控制问题。首先,基于单位对偶四元数给出了航天器6自由度相对运动的数学模型,利用误差对偶四元数来描述航天器的相对姿态和相对位置。接着,针对输入饱和问题,提出了一种对航天器模型参数不确定性和外部有界干扰具有较强鲁棒性的自适应控制器,并通过李雅普诺夫方法从理论上严格证明了整个闭环系统的全局渐近稳定性。最后,通过数值仿真来验证设计方法的有效性和可...
研究了非零初始整星角动量下两飞轮驱动航天器姿态机动控制问题,针对在两飞轮旋转轴平面外某一视线轴的指向控制,给出了目标姿态生成算法和一种抗输入饱和的视线轴指向滑模控制算法。首先,通过对两飞轮驱动航天器静止时的可行姿态进行分析,给出了视线轴指向目标方向的必要条件。然后,基于该条件得到了使视线轴与目标方向偏差最小的目标姿态。最后,对状态方程进行降维和线性化处理,设计了一种抗输入饱和的视线轴指向滑模控制算...
针对利用喷气执行机构实现航天器姿态机动时柔性附件的振动抑制问题，以期望的姿态指向精度及稳定度为约束，提出了需要抑制的系统模态阶次选取准则。仿真验证模型由绕单轴旋转的中心刚体及柔性附件组成，应用拉格朗日法建立适用于不同附件位置的系统动力学方程，利用准则设计了常幅值分力合成控制力矩。仿真结果验证了所提出准则的有效性，并表明：在姿态机动前若能适当调整柔性附件的位置，将便于分力合成控制器设计，易于获得较高...