对地观测卫星姿态控制系统效能评估方法

卫星系统效能评估问题,是卫星提高工作效率和卫星方案优化设计的基础。以对地观测卫星姿态控制系统作为效能评估的对象,通过对卫星的任务需求进行分析,建立对地观测卫星姿态控制系统效能评估指标体系;基于灰色关联分析相关理论,引入熵权法计算指标权重,建立效能评估模型,计算得到综合灰色关联度,实现卫星姿态控制系统效能评估;通过数据验证所建体系具有可实现性与实用性。

基于SCSO-BP神经网络的卫星姿态控制系统故障预测

近年来,随着人工智能的迅速发展,基于人工神经网络的卫星姿态控制系统故障预测方法得到了越来越多的重视。在反向传播(Back Propagation,BP)神经网络中,权重和偏置是重要的可调节参数,与神经网络的预测性能密切相关。BP神经网络的初始权重和偏置为随机生成,设置不当容易导致网络在训练过程中陷入局部极值,进而影响预测性能。为了提高BP神经网络的预测性能,提出了一种将沙猫群优化(Sand Cat Swarm Optimization,SCSO)算法与BP神经网络相结合的预测方法。在训练过程中,首先通过SCSO算法对BP神经网络权重和偏置进行预训练,在此基础上,利用精调后的BP神经网络对卫星姿态控制系统周期渐变故障数据的未来趋势进行预测。实验结果表明,与原始BP神经网络预测方法相比,SCSO-BP预测方法能够有效减小预测误差,具有更好的预测精度。

卫星姿态控制系统的可重构性分析

针对执行机构和传感器故障情况,将可重构性的概念引入卫星姿态控制系统,并提出可重构性评价方案来分析某一配置下的卫星姿态控制系统的在轨可重构性。首先,针对线性化系统模型,根据执行机构配置分析故障后系统的可控性及控制能耗,并利用可控性格兰姆矩阵的最小特征值给出系统的可重构性度量指标。其次,针对某一传感器配置,从系统级的角度分析系统的可观性与可重构性之间的关系。在此基础上,给出整个卫星姿态控制系统的可重构性评价方案。最后针对某一配置的卫星姿态控制系统模型进行仿真分析,说明该方案的有效性。

使用单框架控制力矩陀螺的空间站姿态控制系统建模与仿真

研究使用单框架控制力矩陀螺群 (SGCMGs)的空间站的姿态控制。完成空间站在轨三轴稳定飞行模式下的动力学和执行机构的建模。基于最小二乘意义下的伪逆原理设计了 SGCMGs的控制律。对于框架构形的隐奇异 ,采用零运动躲避的算法。同时建立了框架电机的动力学、干扰和控制器的仿真模型。提出了适合工程应用的SGCMGs构形显奇异和饱和奇异的工程性的判断条件及卸载方法。为了探讨伺服机构对系统响应特性的影响 ,进行了分系统级的仿真。仿真模型中包括了空间环境力矩、敏感器及姿态确定模型。仿真中使用了五棱锥构形的SGCMGs,这种构形具有好的冗余度和大的角动量包络。仿真结果验证了五棱锥构形

卫星姿态控制系统故障重构观测器设计

对于卫星姿态控制系统,提出一种基于PD型学习观测器(Learning observer,LO)的系统故障重构方法。在P型LO的学习算法基础上引入测量输出估计误差的微分项,设计了一种PD型LO,估计卫星姿态角速度和姿态角的同时,快速精确重构卫星执行机构故障。给出了所提观测器的稳定性条件,并基于线性矩阵不等式技术提出一种系统化PD型LO设计方法。进一步,将所提PD型LO设计扩展用于卫星姿态敏感器故障的快速重构。最后,将所提方法应用于微小卫星推力器故障重构和陀螺故障重构,仿真结果校验了所提方法的有效性。

基于多状态故障的卫星姿态控制系统剩余寿命预测方法

针对具体的卫星姿态控制系统配置,在对系统可重构性分析的基础上,考虑系统的多状态故障,详细分析系统可能发生的功能模块故障类型,并按故障等级对系统进行故障状态划分;针对系统故障状态间存在的转移关系,通过Kaplan-Meier估计器和极大似然估计方法对故障状态间转移概率模型进行估计,在此基础上建立系统的Petri网预测模型,并根据蒙特卡洛思想对模型进行大量仿真,从而实现对卫星姿态控制系统剩余寿命的离线预测和在线预测。仿真结果验证了该方法的合理性。

基于神经网络的无人直升机姿态控制系统设计

首先根据模型参考自适应控制理论,将模型逆与在线神经网络结合,设计了神经网络自适应姿态控制系统。接着叙述反馈线性化及模型逆理论,分析系统的模型跟踪误差动力特性,设计神经网络控制器及在线算法。然后以某无人直升机俯仰通道为例,对神经网络姿态控制系统进行仿真。结果表明该系统能够对未建模特性、参数不确定性等引起的模型逆误差进行自适应,而且在传感器输出中具有白噪声时仍然能够获得较好的响应特性。

卫星姿态控制系统鲁棒故障诊断方法

针对卫星姿控系统的鲁棒故障诊断问题,在未知输入观测器(UIO)基础上,提出利用非线性未知输入观测器(NUIO)对执行机构和敏感器故障诊断.考虑姿控系统存在外部干扰以及系统不确定性,建立姿控系统非线性模型,设计NUIO对部分干扰和系统不确定性解耦,令未解耦部分到系统残差H∝范数作为性能指标使之最优,运用线性矩阵不等式(LMI)求解观测器增益矩阵.最后,对执行机构和敏感器发生突变故障和缓变故障进行诊断仿真,结果验证此方法的有效性.

SZ-7伴星姿态控制系统设计及在轨试验

中国SZ-7飞船伴星(BX-1)姿态控制系统已在轨正常运行一年多,圆满地完成了各项任务。至2009年10月所有部件工作正常,运行稳定。在轨运行期间伴星控制系统表现出良好的特性,与同类卫星控制系统相比,伴星控制系统具有体积小、质量轻、多任务、高安全性、高机动性等特点,分析并总结伴星姿控系统对于丰富小卫星控制系统设计经验,提高设计水平具有重要的意义,对今后类似小卫星平台的设计具有重要的参考价值。

大挠性多体卫星的自抗扰姿态控制系统设计

研究了最近提出的非线性自抗扰控制器 (ADRC)在大挠性多体卫星姿态控制中的应用问题。提出了一种双闭环自抗扰姿态控制器 (ADRAC) ,并从鲁棒性、干扰抑制、动静态性能指标和振动抑制等方面与使用于某挠性卫星的传统PID控制器进行了比较。在考虑了反作用轮和敏感器的实际非线性和敏感器噪声的影响情况下进行了仿真 ,结果表明 ,双闭环自抗扰姿态控制器各方面性能均优于传统的PID。本文提出的自抗扰姿态控制器 ,对实现挠性多体卫星的高精度高稳定度姿态控制 。

卫星姿态控制系统执行器故障检测与分离

针对卫星姿态控制系统,提出一种基于未知输入观测器的执行器故障检测与分离方法.通过将指定的故障视为未知输入,设计未知输入观测器使得残差向量对指定的故障不敏感,同时保持对其他故障的敏感性,从而实现执行器故障的检测与分离.本文将未知输入观测器设计问题转化为一组线性矩阵不等式(LMI),可以通过LMI工具箱方便地求解.最后,将所提出的方法用于卫星姿态控制系统,仿真结果表明了该方法能快速准确地诊断执行器故障.

挠性飞行器飞轮姿态控制系统设计

针对带有大型太阳帆板的挠性空间飞行器动力学特性十分复杂的特点 ,通过合理的假设 ,采用单轴解耦分析姿态控制系统稳定性问题。采用极点配置法 ,按照刚体卫星设计系统PID参数 ,利用根轨迹 ,确定按刚体卫星参数设计的系统能使挠性空间飞行器控制系统具有渐近稳定性的充分条件 ;推导系统参数间的关系式 ,分析挠性空间飞行器主轴姿态控制系统稳定性问题。最后 ,通过仿真验证了系统的性能。

卫星姿态控制系统的可重构性指标分配

研究有约束条件下的可重构性指标分配问题,旨在为卫星姿态控制系统的可重构性指标分配找到合理的解决方案。结合卫星姿态控制系统可重构性统计数据不足的特点以及资源最优化的要求,将可重构性指标分配分为初次分配和再分配,由于卫星姿态控制系统因素指标的不确定性以及人的认识的模糊性,提出基于模糊综合评价法的可重构性指标初次分配,仿真结果显示了该方法的有效性。针对系统资源优化配置的要求,提出一种基于启发式算法的可重构性指标再分配,该方法可解决约束条件内资源最优配置问题,并得到接近或者超过系统可重构度的最优解,最后将该算法用于卫星姿态控制系统仿真,与直接寻查法的分配结果作比较,显示了新算法更好的适用性。由于所提的方法计算量较小,结果较精确,在工程领域具有很好的实际意义。

单轴飞轮储能/姿态控制系统的仿真研究

说明了集成化储能与姿态控制系统的工作原理,提出了一种由两反转飞轮系统及气浮转台组成的单轴飞轮储能/姿态控制系统的原理实验装置,对姿态与DC总线电压控制进行了解耦,通过各子系统模型建立了系统的数学模型。通过仿真证明了利用两反转飞轮系统可以实现电能与动能之间的相互转化,并在能量转化的同时实现了气浮转台角度的控制,对于集成化能量与姿态控制系统实验样机的研制具有一定的指导意义。

卫星姿态控制系统的可重构性量化评价方法研究

控制可重构性本质上度量了不利条件下被控系统剩余的能控性。鉴于此,本文以卫星姿态控制系统为研究对象,研究了故障系统可重构性和剩余能控性之间的关系,提出了一种基于能控性格莱姆矩阵的可重构评价方法。首先,对标准能控性格莱姆矩阵的局限性进行了分析:由于该方法需要求解李雅普诺夫方程,故只适用于稳定系统或特征值和不为0的非稳定系统;然后,引入经验能控性格莱姆矩阵,不用直接求解李雅普诺夫方程即可获取格莱姆矩阵,使得该方法可扩展应用于卫星姿态控制系统;其次,考虑到经验格莱姆矩阵计算量大,采用精细积分方法提高了计算效率;最后,通过3个仿真算例,验证了本文所提方法的有效性和正确性。

空间拦截器姿态控制系统变结构控制规律研究

结合空间拦截器的姿态控制问题,本文介绍了一种对系统参数摄动和外在不确定性干扰具有鲁棒性的变结构控制律。在此基础上,研究了当控制信号幅值受限的情况下,非线性系统的变结构控制律的设计问题。此方法考虑了空间拦截器姿控发动机推力幅值受限这一实际情况,提出了基于姿态角双包络线概念的实用姿控方法。因此,更符合系统实际的运行情况。仿真结果证明了此方法的有效性。

卫星姿态控制系统在轨实时健康评估

面向航天器在轨智能自主管控的技术需求,提出一种基于多级模糊综合评价架构的卫星姿态控制系统的在轨实时健康评估方法.根据卫星姿态控制系统的性能特点,按实际功能将其划分为姿态测量、控制器和执行机构3个部分.在确定各部分单元部件健康信息的基础上,基于模糊综合评价算法对各部分的健康度分别进行评估.基于评估所得到的姿态测量、控制器和执行机构3部分健康信息,根据各部分对系统健康的影响情况结合变权综合原理确定健康影响权重,采用模糊综合评价算法实现对姿态控制系统整体健康性能的综合评估.仿真实验结果表明,所提出的方法能够有效实现卫星姿态控制系统的在轨实时健康评估.

某型地地导弹姿态控制系统校正网络的设计

首先介绍了校正网络的设计方法,利用综合法设计了某型地地导弹改型后的姿态控制系统的校正网络。利用对数频率稳定判据,分析了闭环系统在校正网络作用下的稳定性。另外通过和导弹原型的姿态控制系统的动态特性相比较,得出了比较一致的结果。因此,通过综合法设计出的校正网络是可取的,可以确保导弹姿态运动的稳定性。

基于小波分析的航天器姿态控制系统故障诊断方法研究

小波分析是一种全新的时频两维的信号分析技术,本文将其引入航天器姿态控制系统故障诊断,并针对姿态控制系统所采用的红外地球敏感器、陀螺和姿控发动机的典型故障模式,研究了基于小波分析技术的故障诊断方法。仿真结果证明了所提方法的有效性。

逆系统方法在航天器姿态控制系统中的应用

微分几何方法是非线性控制的传统方法 ,但该方法比较抽象 ,且使用过程中计算繁琐。作为多变量非线性控制的新理论 ,逆系统方法通过研究和引入逆系统理论中的一些概念和结果 ,如α阶积分逆、伪线性系统等 ,来形成非线性系统的反馈线性化。它具有物理概念清晰、适用面宽、应用简便的优点。本文首先介绍了逆系统方法的基本思想 ,然后将其用于航天器非线性姿态控制系统的设计中。仿真结果表明 ,航天器的姿态角以较高的精度快速跟踪目标值 ,最终偏差满足要求 ,系统性能良好。