基于强化学习的航天器姿态控制器设计

航天器在轨执行某些任务时,其质量参数会发生未知变化,传统控制方法在这种情况下控制效果不佳。本文提出基于强化学习的航天器姿态控制器设计方法,该方法在姿态控制器训练过程中不需要对航天器进行动力学建模,不依赖航天器的质量参数。当质量参数发生较大未知变化时,训练好的控制器仍然可以保持较好的控制效果。仿真测试表明:使用基于强化学习方法训练的控制器确实具有良好的鲁棒性。此外,回报函数的设计会明显影响姿态控制器的训练,因此对不同的回报函数设计进行了研究。

控制输入受限情况下卫星姿态的鲁棒自适应控制

卫星通常工作在各种扰动环境中,包括参数不确定性和非参数不确定性。工程实践中碰到的另一个重要问题是控制输入受限。考虑存在参数不确定性和非参数不确定性,研究控制输入受限情况下卫星的姿态控制问题,设计了一种鲁棒自适应控制器,证明了姿态控制系统是全局一致最终有界稳定。仿真结果验证了该控制器的有效性。

挠性航天器姿态机动直接自适应主动振动控制

针对具有压电陶瓷自敏执行机构的挠性航天器,基于直接自适应控制方法,设计了姿态机动主动振动控制器.首先,验证了在执行机构与敏感器同位安装时,挠性航天器系统的近似严格正实性;然后,设计了挠性航天器的直接自适应姿态机动主动振动控制器,使得航天器输出渐近跟踪具有理想控制性能的参考模型输出;最后,在多组仿真条件下进行了挠性航天器直接自适应姿态机动控制数值仿真.理论分析与仿真结果表明,该方法对航天器惯量和挠性附件模态的不确定性具有强鲁棒性,能够实现对多阶模态的同时控制,对挠性航天器的姿态机动主动振动控制是有效的.

小卫星的自适应姿态控制

分析了小卫星的姿态动力学及运动学方程 ;利用姿态动力学方程为一动力学参数矢量的线性函数这一事实 ,考虑存在参数不确定性 ,提出了一种自适应控制方法 ;证明了这种方法可以保证控制系统全局渐近稳定。仿真结果验证了该方法的有效性。

改进的快速扩展随机树在航迹规划中的应用

通过在快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree)算法的基础上融入状态-时间空间(state-timespace)的思想,使改进后的算法能够有效地处理动态环境中的航迹规划问题。仿真试验首先采用四元素法建立航天飞行器的六自由度动力学模型,在三维空间中验证该算法搜索高维空间的能力。其次运用改进的算法在动态环境中进行航迹规划试验,证明了该算法的有效性。

挠性航天器退步自适应姿态机动及主动振动控制

针对带有分布式压电陶瓷执行机构的挠性航天器姿态机动与主动振动控制问题,提出了一种退步直接自适应一体化控制方法.首先,建立了挠性航天器姿态机动与主动振动控制的模型,并分析了动力学子系统的近似严格正实性;然后,采用退步直接自适应控制方法,设计了挠性航天器的姿态机动主动振动控制器,并证明了控制闭环系统的稳定性;最后,进行了不同仿真条件下的数学仿真验证.理论分析与数学仿真结果表明,该控制方法不依赖航天器参数,对系统参数不确定性具有强鲁棒性,能有效抑制挠性附件的振动,对挠性航天器的控制是有效的.

一种深空探测器自主天文导航新方法及其可观测性分析

天文导航是一种适用于深空探测器的完全自主的导航方法.与传统的直接利用天体观测信息进行滤波的方法不同,针对深空探测器,提出了一种首先利用天文观测信息通过几何解算得到一个初步的定位结果,再结合轨道动力学方程利用多模自适应(MM)滤波方法对初步结果进行再处理的自主天文导航新方法.仿真计算的结果表明,该方法可以明显提高导航定位精度,同时从可观测性和可观测度的角度,分析了应用该方法提高导航定位精度的原因和机理.

基于Hill方程近地卫星模型预测轨道保持方法

近地卫星偏离标称轨道的过程可以表示为该卫星和一个在标称轨迹上运行的"虚"卫星的相对运动,服从Hill方程。在此基础上建立一种在线控制方法,利用模型预测控制(MPC)进行轨道优化和偏差消除,使用多变量优化的控制算法,将控制量的大小与轨道器的轨道偏差联系起来,形成反馈系统,通过给出开环和前馈-反馈闭环两种形式的控制方程,建立基于甚小推力发动机多次点火的轨道控制方法,从而确定控制量将卫星轨道实时保持在偏差管道内。

基于分层的SVDDBN的空间作战决策研究

为了实现空间作战平台在不确定知识基础上的快速自主智能攻击决策,以天基反卫星作战为背景,提出利用分层的变结构离散动态贝叶斯网络(SVDDBN)来建立攻击决策的图形模型,给出了该模型的推理算法公式和用于攻击决策的变结构网络参数的自适应生成算法。在此基础上设定初始条件进行模型算法的仿真验证,试验结果证明了本文提出的算法的可行性,它可以使空间作战平台利用打击链前端传来的经过模糊处理数据进行快速的推理决策,从而使空间作战平台具有有效的自主化决策能力。

基于TSC695-FPGA架构的空间扫描运动控制系统设计

提出一种新型空间扫描运动控制系统TSC695—FPGA架构设计方案。方案以空间级32位浮点处理器TSC695为算法处理器,以XCV600 FPGA作为脉宽调制波形发生器和采样/通讯数据管理器,结合了TSC695的浮点运算单元和检错/纠错模块,以及FPGA的并行处理能力。实验证明,与传统的工业控制芯片相比,该架构能够显著提高空间扫描控制系统的可靠性和控制精度。

基于改进趋近律的模糊自适应滑模控制的导弹姿态控制系统

针对导弹姿态控制系统的参数具有时变性和不确定性的特点,设计了一种具有指数趋近律的变结构控制器。为克服常规指数趋近律的抖动现象,提出了一种改进的算法。同时,针对姿态控制系统的不确定项,利用模糊逻辑系统设计切换控制项来克服其对系统的影响。结果表明,该控制器在导弹姿态控制系统中的仿真效果较为满意。

带有挠性附件卫星的自适应内模控制

导出了带有“拍打”运动的挠性卫星数学模型 ,并指出模型的不确定性 ;给出了卫星姿态控制器的基本形式 ,并分析了控制器参数的选取准则以保证姿态控制系统的稳定性 ;进而利用在轨辨识在线修正控制器参数形成了卫星姿态的自适应内模控制器。分析和仿真结果表明 。

基于单神经元自适应PID控制的航天器大角度姿态机动

针对航天器大角度姿态机动,提出了一种新的单神经元自适应比例积分差(PID)控制器设计方法。基于误差二次型最优理论推导出相应的单神经元输入权值参数调整算法,并用Lyapunov稳定性理论分析了控制系统的稳定性。所设计的控制器结构简单、计算量小、鲁棒性好,能更好地适应航天器模型的不确定性,易于在轨实现。数学仿真结果验证控制器有效。

一种基于Sobel算子的星敏感器星图预处理方法

星敏感器在太空环境下工作时容易受到杂散光的干扰,对星图进行二值化后直接采用质心法难以从星图中提取恒星星像坐标。针对上述问题,提出了一种基于Sobel算子的星敏感器星图预处理方法,用于提取星像坐标。首先采用Sobel算子计算星图中所有像素的梯度,保留所有大于阈值的像素梯度作为新的星图,然后以新的星图作为样板通过质心法从原始星图中提取恒星星像。由于杂散光干扰信号在星图中表现为缓慢信号,这些信号计算的梯度很小,因此通过Sobel算子计算后新的星图只有恒星星像。该方法能够消除星图中的杂散光干扰信号,使星图中只保留恒星星像信息,提高恒星星像坐标提取精度,具有较好的鲁棒性。

导弹侧向机动控制的优化设计

随着防御系统的不断完善，导弹的突防能力目前大打折扣。为了提高导弹主动规避技术的突防效果，本文在坐标转换、可控机动信号生成和控制机动一体化三方面进行了优化设计，提高了大侧偏情况下导弹的机动效果，同时导弹的过载能力得到充分发挥。数学仿真验证了算法的有效性。

基于Multi-Agent的伴星自主控制结构研究

介绍A gen t及多A gen t系统的概念,阐述基于M u lti-A gen t实现伴星自主控制的基本思想;对现有分布式卫星系统自主控制结构进行定性分析,在此基础上针对伴星的不同应用确定相应的控制结构,并探讨复杂伴星系统分层自主控制的具体实现方案;最后提出伴星自主控制的通用A gen t体系结构,适用于各种控制结构中的各颗卫星。

带有可伸缩挠性附件航天器的姿态控制

根据特征模型的参数推算了系统实时的转动惯量,设计了基于转动惯量的黄金分割自适应控制器和逻辑微分控制器,将这两种控制器相结合对带有可伸缩挠性附件的刚体进行姿态控制,仿真结果与基于确知系统模型所设计的变系数PD控制器相比较,表明了该自适应方法控制一类时变系统的有效性。基于特征模型的自适应方法不需要知道系统具体的模型,具有很强的鲁棒性能,因此这种方法具有很重要的实际应用价值。

导弹稳定回路的一种简便自适应设计方法

给出一种简易的控制系统设计方法——标准系数法,它能够根据特征多项式方便地确定校正环节的设计参数。通过在加速度回路引入与高度成比例的放大系数,可以自适应地调节导弹稳定回路性能。研究和仿真结果表明这种方法是简单和实用的。

一种星载GPS接收天线

根据星载 GPS接收天线的主要技术要求 ,给出了谐振式四臂螺旋天线用于星载 GPS天线的设计思路与设计过程 ,并给出了最后的测试结果。结果表明 :该天线具有十分优良的圆对称半球波束特性、良好的广角圆极化特性和优良的阻抗匹配 ,结构紧凑 ,集成度高 ,并通过了环境鉴定试验 ,为星载

CMGs驱动空间机械臂的自适应终端滑模控制

针对V构型控制力矩陀螺(CMGs)驱动的空间机械臂的轨迹跟踪控制问题,研究一种自适应非奇异终端滑模(ANTSM)控制方法.利用基于Kane方程的递推组集算法建立了系统的动力学模型.以跟踪误差为变量,构造非奇异滑动面,以保证跟踪误差在滑动面上有限时间收敛.针对系统质量特性参数与关节处干扰力矩的不确定性,设计自适应控制器用以调节控制增益.该控制方法无需不确定性的上界,且闭环系统具有最终一致有界性.仿真结果表明,该控制器可使系统准确跟踪期望轨迹,并对质量特性参数不确定性和关节干扰力矩具有良好的鲁棒性.