一种空间对接机构的简化建模方法及其在实验舱侧向再对接中的应用

针对异体同构周边内翻式对接机构,从详细的传动原理及工程实践两方面说明可以建立简化的对接机构缓冲系统模型,既不损失对接机构性能特点,且简化了模型实现和计算。基于此,建立转位机构辅助实验舱侧向再对接仿真模型,给出仿真结果,并与试验结果进行对比,对比的数值和趋势一致性较好,运动量的误差值小于10%,模型仿真结果可以作为空间站侧向再对接流程设计的依据。这种简化的对接机构模型也可以用于机械臂辅助再对接动力学过程建模。

基于模型预测及控制分配的阵风缓和研究

用改进的模型预测控制(model predictive control,MPC)和控制分配(control allocation,CA)相结合的方法解决了大型民机在遭遇不同阵风干扰下仍能够跟踪不同指令目标的问题。首先分别计算静态和动态可达指令集,然后针对最终实际可达的指令集,分别设计相应的稳态向量计算器和MPC控制器,而控制分配器将MPC输出的虚拟控制信号最终分配给各个舵面。该方法通过投影算法将原有指令信号进行两步过滤,将可达指令集不断缩小,从而减轻了原有在线优化计算的工作量。仿真结果表明用文中方法设计的闭环方案具有良好的响应特性,在阵风干扰下仍可以实现对指令信号的良好跟踪,并具有一定的鲁棒性。

基于OTSUKF的飞行器惯性测量单元的故障诊断

线性系统存在随机偏差情况下,最优二步卡尔曼滤波(OTSKF)可以获得系统状态及偏差的最优估计。无迹卡尔曼滤波(UKF)利用Sigma点采样和UT变换技术经非线性系统传播状态的均值和方差,是一种典型的非线性滤波方法。飞行器是一种典型复杂非线性系统,将惯性测量单元(IMU)的故障作为一种随机偏差处理,建立了包含IMU故障的滤波模型。将UKF算法和二步滤波思想应用到飞行器之中,提出了一种适用于飞行器IMU故障诊断的最优二步无迹卡尔曼滤波(OTSUKF)算法。针对于飞行器,提出了一种滤波模型设计的方法。基于该模型,应用所提出的OTSUKF算法实现了飞行器状态的最优估计和IMU故障的辨识,该算法经过了实际飞行数据验证其对风扰动具有鲁棒性并且与已经被提出的迭代最优二步扩展卡尔曼滤波(IOTSEKF)方法进行了对比验证其最优性。

基于改进自适应反步和动态控制分配的指令跟踪方法研究

用改进的反步控制(backstepping)和动态控制分配(dynamic control allocation,DCA)相结合的方法使某战斗机在不同的飞行条件下能够自适应地跟踪不同的指令。首先介绍了经典的李雅普诺夫方法以及经典的反步控制方法,然后提出了适用于一般飞控系统模型的改进反步控制方法,最后针对一般控制分配方法无法补偿忽略舵机动态的问题,介绍了一种动态控制分配方法,并将其成功应用于整个闭环系统的设计中。通过反步法保留了系统中稳定的非线性项,将不稳定的非线性项消去,又通过动态分配使忽略舵机惯性造成的影响最小。仿真结果表明所设计的闭环方案具有良好的响应特性,在不同的飞行条件下均可以实现对指令信号的良好跟踪,并具有一定的鲁棒性。

基于干扰观测器的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法

由于强非线性、强耦合和强时变等特征,柔性空间机器人的稳定精细控制问题一直是一个重大挑战。轻质小型化机器人受空间及重量限制,其关节柔性通常不可忽略,这部分柔性主要是由谐波减速器和力矩传感器的柔性造成的。传统的运动学控制在空载时能保持稳定,但是对大负载、快速运动时的适应性差,严重时机械臂抖动剧烈甚至发散。针对以上特征,提出了一种基于非线性干扰观测器和动力学极点配置的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法。仿真实验证明,该方法可以有效地抑制柔性激振,保证响应的快速性和准确性,同时有较好的鲁棒性,能够适应不同类型扰动的影响和末端环境柔顺控制的要求,对工程应用具有一定的参考意义。