“航天器控制原理”课程教学创新思考

“航天器控制原理”是航天控制专业本科生的基础核心课程。通过对“课程资源”“教学方法”“课程思政”三个方面的教学创新方法研究与实践,提升了学生思维思辨能力与认知层次,达到“以课程为载体,实现对‘人’本身思维、品质、能力的教育和提升”育人理念,完成了本课程“听得懂,能理解,会应用,能创新”的教学目标。并在多届学生中完成创新教学方法试点,取得了好的教学效果。

基于PLS-SEM的航天器控制系统能力建模方法

为提升航天任务完成品质,航天器需根据任务及环境针对性调整自身能力,而对航天器控制系统高层次能力的定量刻画,即系统能力建模是实现上述调整的重要理论依据。针对一类航天器姿态控制系统,提出一种基于偏最小二乘-结构方程模型(partial least square structural equation model,PLS-SEM)的航天器控制系统能力建模方法,实现对包括控制能力、观测能力等抽象能力的定量描述。首先,根据航天器闭环控制系统的结构要素,综合设计能力建模所需的指标类型,生成建模数据样本。在此基础上,设计并构建SEM框架下的能力变量体系,进而通过PLS算法完成模型路径、载荷、权重等关键参数的确定,并对所得PLS-SEM能力模型的结构方程与测量方程的有效性、可信性等分别进行评估。最终,根据航天器PLS-SEM能力模型对控制系统的各抽象能力进行定量描述与分析,验证本文所提出建模方法的可行性。

航天器控制系统的自主诊断重构技术

自主诊断重构是确保航天器控制系统安全可靠自主运行的关键技术之一.本文针对航天器资源严重受限的客观情况,改变传统一味追求华丽算法与豪华配置的设计理念,从航天器的自身特性出发,深入挖掘诊断重构问题的本质,提出基于可诊断性与可重构性评价设计的研究思路.文章首先介绍了航天器自主诊断重构技术的发展现状,分析了当前技术的不足之处并探究了其深层原因;然后,提出了通过可诊断性与可重构性评价设计从根本上提高系统自主诊断重构能力的全新思路,梳理了其研究内容与研究概况;最后,对航天器控制系统自主诊断重构技术的发展趋势进行了展望.

航天器控制应用的星载计算机技术

介绍了中国研制的用于近地轨道、太阳同步轨道和地球同步轨道航天器的几种主要星载容错计算机的功能和主要特点以及它们的容错结构,并简述了星载控制计算机的发展趋势。

CPS在航天器控制系统中的应用分析

航天器控制系统是一种典型的信息-物理融合系统(CPS),应用CPS技术将是提高航天器控制系统设计正确性和效率的一个重要途径.在探讨CPS系统特征和CPS技术研究的进展以及分析航天器控制系统的技术特点的基础上,分析了在航天器控制系统中应用CPS技术的可行性,提出了基于CPS技术的系统设计的新思路和技术途径,并研究了在航天器控制系统中应用CPS技术需解决的问题和面临的挑战.

面向资源约束航天器控制系统的故障检测研究

针对航天器控制系统的闭环特性和星载计算机存储空间和计算能力等资源受限的特点,研究基于互质分解技术和Youla参数化方法的故障检测方法。考虑航天器控制系统动力学方程和运动学方程,建立线性化系统模型,并给出状态空间表达形式;以状态观测器为基础,利用互质分解技术和Youla参数化方法分别研究控制信号和控制误差与残差的关系,进而给出只与控制信号和控制误差相关的残差设计方法;建立卫星闭环姿态控制系统仿真平台对算法进行仿真验证。仿真结果表明:由于在故障检测过程中避免了观测器的并行运行,因此所提方法在保证故障检测性能的前提下减少了计算量。

一种基于航天器控制语言的遥控作业操作模式设计

为了更好地满足各种条件下航天器的测控需求，提高中国航天器的测控能力和测控网资源的运行效率，本文提出了一种基于航天器控制语言的遥控作业操作模式。通过分析航天器对测控模式的需求，结合航天器控制语言和测控设备的特点，制定了遥控作业操作模式的设计要求和四个基本要素，给出了工程实现的设计方案。实际应用表明，该模式实现了测控网对航天器的闭环测控，满足了对航天器高效、规范、灵活、准确的测控要求。

基于航天器控制语言的东三平台卫星遥控作业设计与实现

针对东三平台卫星的飞行任务要求，分析了地面测控系统和卫星飞行程序，提出了遥控作业的数据接口及设计原则，并通过作业例程验证了该设计方法。利用该方法设计的系列遥控作业目前已应用在东三平台卫星的测控工程中。

航天器控制软件可靠性工程方法研究

当前航天器控制软件的复杂度越来越高,软件的规模十分庞大,对软件可靠性安全性要求极高,因此对航天器控制软件的可靠性设计和度量具有重要意义.介绍和分析适用于航天器控制软件的可靠性设计方法,并结合某型号给出实际的软件设计以及可靠性度量的具体实例.

基于模型架构的航天器控制软件研制方式研究

开展基于模型设计研究,旨在解决当前航天器控制软件研制所面临的需求描述准确性、设计验证充分性以及软件产品可靠性等问题.针对基于模型设计过程中的代码胶合接口复杂且操作繁琐问题,提出一种基于模型架构的航天器控制软件研制方式,搭建软件模型驱动框架,通过模型封装方式将既有代码资产或新编写代码嵌入到软件模型驱动框架,简化代码胶合过程.同时,建设航天器控制领域通用模型库来提高成熟算法模型的复用效率及自动生成代码可靠性.本方法研究为推进航天器控制软件向模型驱动开发方式转变夯实基础.

参与互动式教学法在MOOC教学实践中的应用——以“航天器控制原理”课程为例

本文以本科生跨专业选修课程"航天器控制原理"的MOOC教学实践为例,简要介绍了参与互动式教学方法,并基于该方法的BOPPPS六要素设计了翻转课堂,经过一学期的教学实践表明,该方法教学效果良好。

MATLAB在“航天器控制”课程的可视化教学中的应用

针对"航天器控制"课程理论性强、数学公式多、计算繁杂,学生难以深刻理解的特点,将Matlab仿真软件应用于该门课程的教学中,并给出了具体的应用实例。教学实践表明,在"航天器控制"课程中使用Matlab仿真软件可以帮助学生理解教学内容中的难点,使课程中许多抽象的概念形象化,既调动了学生学习的积极性,又可提高教学效果和质量。

高速缓存影响的航天器控制软件调度设计方法

针对高速缓存引起的程序执行时间抖动对航天器控制软件任务调度造成的困难,提出一种基于循环调度的调度设计方法,该方法利用任务程序执行时间的概率分布设计具有不同可靠性的系统模式,通过模式切换,使处理器得到充分利用,同时能够提供一定的可靠性保障,为航天器控制软件的任务调度提供参考.

基于智能无人机的航天器控制专业实验教学改革

航天器控制是航天专业的核心课程,主要研究航天器动力学与控制基本原理和方法。为适应国家建设航天强国新需要,培养航天专业人才,航天器控制课程需要紧密结合科技发展,对教学内容和方法进行调整和改革。研究引入人工智能和无人机发展的新技术,搭建智能无人机教学平台,构建理论与实践相结合的教学模式。根据课程教学内容,设计实验内容,激发学生兴趣,培养学生动手解决工程问题的能力,达到提升学生创新能力的效果。

“航天器控制理论与方法”专业方向培养方案和教学团队建设的实践与思考

"航天器控制"是我校"探测制导与控制技术"专业的重要培养方向。该方向具有理学与工学的双重属性。在该方向的教学中,加入近现代应用数学和近代分析力学的课程,夯实学生的数理力学功底,能够增加学生在专业领域的发展前景和创新能力;同时强化学生工程实验能力的培养,使之树立工程的思想观念,掌握解决工程问题的基本方法。这对于实现理工融合的教育理念,培养我国未来创新型航天科技人才意义重大。师资队伍建设是专业建设、人才培养的生命线,必须持续努力改善师资队伍知识和能力结构,保障教学改革的贯彻落实和顺利进行。

机理与数据融合的航天器控制系统数字孪生建模方法

针对航天器空间运行环境复杂、地面建模存在未知误差的工程实际问题,依据数字孪生思想,提出一种将机理与数据融合进行航天器控制系统建模的方法.基于详细机理模型,通过LSTM网络挖掘地面测试数据、在轨遥测数据中的信息,对机理模型与物理实体的偏差进行数据驱动建模,综合获得高精度的系统级及部件级模型.对航天器控制系统典型部件的仿真结果表明,该建模方法构建的模型能够对多维度特性进行更精准地刻画,有效提升控制系统建模精度,为航天器控制系统在轨精准性能评估和智能健康管理奠定重要基础.

某航天器控制设备热仿真分析及热测试研究

为分析低气压环境下,影响航天飞行器控制设备温升的因素,本文首先设计并搭建了低气压环境热测试实验平台,并利用该实验平台对控制设备的瞬时温度进行测试,以考察在不同影响因素下,例如热源分布、外界压强、热源时序工作等因素对设备温升的影响。应用ANSYS热分析软件对该设备进行热仿真模拟,通过对模拟结果与热测试数据进行比较,验证了热仿真模型的计算精度,为热设计提供数据支撑。

航天器控制原理虚拟实验系统设计

航天器控制原理课程的特殊性,决定了传统的以实物为基础的实验室建设方法不适用。以VRML三维建模语言和MATLAB语言中的SIMULINK模块为基础,建立了航天器控制原理虚拟实验系统。其中,VRML用于对航天器、地球等场景进行三维建模,SIMULINK用于建立航天器的运动模型,SIMULINK中的VR模块用于两者的数据交互。以常用卫星轨道运行轨迹的仿真实验为例,详细地介绍了航天器控制原理实验系统设计的方法与步骤。

深空探测航天器控制系统自主管理软件架构研究

深空探测航天器距离远、环境复杂,测控站遥测和遥控操作不能满足控制的实时性和安全性要求,自主管理技术是提高航天器对未知环境的应对能力、提升飞控实效性的主要手段。回顾了深空探测航天器自主管理技术发展的现状,分析了实现自主管理的关键技术,并结合深空探测工程实施和技术发展需求,提出了未来航天器自主管理系统体系结构和软件架构,并进行了仿真实验。

基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性框架设计与验证

可测试性设计是提升系统研制效率和测试品质的重要方法.给出基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的分层递阶结构,建立可测试性设计的模型框架,并对基于1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的技术实现进行了分析.最后利用TEAMS软件结合实例进行可测试性设计仿真评估,评估结果证明了这种可测试性设计方法的有效性.