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大型航天器SGCMG系统的奇异性分析研究 被引量:9
1
作者 张锦江 李季苏 +1 位作者 吴宏鑫 邹广瑞 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2001年第3期36-41,共6页
应用单框架控制力矩陀螺系统 (SGCMG)是大型航天器姿控系统较为理想的选择 ,但是该系统存在严重的奇异现象 ,增加了操纵律的设计与开发的难度。文章从奇异性分析的角度对单框架控制力矩陀螺系统的奇异状态进行了研究 ,提出了奇异可回避... 应用单框架控制力矩陀螺系统 (SGCMG)是大型航天器姿控系统较为理想的选择 ,但是该系统存在严重的奇异现象 ,增加了操纵律的设计与开发的难度。文章从奇异性分析的角度对单框架控制力矩陀螺系统的奇异状态进行了研究 ,提出了奇异可回避性的判别方法 ,并据此对 SGCMG系统奇异状态进行了系统的分类 ,针对常用的各种构形的 展开更多
关键词 控制力矩陀螺 框架结构 奇异性分析 航天器 制导 sgcmg系统
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SGCMG系统非奇异路径规划 被引量:9
2
作者 吴忠 吴宏鑫 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第1期21-26,共6页
单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)是应用在航天器上的一类惯性执行机构 .在航天器的姿态控制中 ,通常采用三个或以上的SGCMG ,以满足三轴控制的要求 .但是 ,当多个SGCMG协调工作时 ,系统会出现奇异现象 ,并极大地降低了SGCMG系统的操纵性能 ... 单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)是应用在航天器上的一类惯性执行机构 .在航天器的姿态控制中 ,通常采用三个或以上的SGCMG ,以满足三轴控制的要求 .但是 ,当多个SGCMG协调工作时 ,系统会出现奇异现象 ,并极大地降低了SGCMG系统的操纵性能 .为回避SGCMG系统的奇异 ,本文提出了一种新的奇异回避条件 ,并通过对非线性规划中当前Kuhn Tucker乘子值的估计 ,得到了冗余SGCMG系统闭合形式的非奇异路径 ,而不需繁杂的数值求解 .正是由于这些新的手段 ,使得本文提出的算法不仅具有良好的奇异回避性能 ,而且形式简单 ,易于实现 .对金字塔构形的 4 SGCMG系统的仿真结果表明 ,上述算法是可行的 . 展开更多
关键词 路径规划 sgcmg系统 航天器 操纵机构 姿态控制
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SGCMG框架伺服系统扰动力矩的分析与抑制 被引量:14
3
作者 吴忠 吴宏鑫 《航天控制》 CSCD 北大核心 1998年第4期9-17,8,共10页
在借鉴国内外相关研究的基础上, 对单框架控制力矩陀螺( S G C M G) 的框架及其伺服驱动机构的摩擦特性和框架伺服电机的力矩脉动规律进行了详细分析, 并在采用磁通补偿和提高电流控制性能的基础上, 设计了扰动力矩观测器来... 在借鉴国内外相关研究的基础上, 对单框架控制力矩陀螺( S G C M G) 的框架及其伺服驱动机构的摩擦特性和框架伺服电机的力矩脉动规律进行了详细分析, 并在采用磁通补偿和提高电流控制性能的基础上, 设计了扰动力矩观测器来进一步抑制 S G C M G 框架伺服系统的扰动力矩, 大大改善了框架伺服系统的控制性能。仿真结果表明, 提出的扰动力矩抑制方法是可行的。 展开更多
关键词 控制力矩阵螺 摩擦 扰动力矩 伺服系统 sgcmg
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SGCMG系统框架角轨迹跟踪自适应补偿控制 被引量:4
4
作者 吴忠 吴宏鑫 李勇 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期210-216,共7页
作为应用在航天器上的惯性执行机构 ,单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)系统框架角空间的轨迹跟踪性能对航天器姿态控制 (或稳定 )精度有着极大的影响 .为提高SGCMG系统框架角轨迹跟踪性能 ,本文在轨迹跟踪控制中 ,采用了“PD +自适应补偿”... 作为应用在航天器上的惯性执行机构 ,单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)系统框架角空间的轨迹跟踪性能对航天器姿态控制 (或稳定 )精度有着极大的影响 .为提高SGCMG系统框架角轨迹跟踪性能 ,本文在轨迹跟踪控制中 ,采用了“PD +自适应补偿”的控制器结构 .通过分析可以发现 ,此种控制器不但可使轨迹跟踪误差收敛至零 ,实现有限时间跟踪控制 ,而且可使轨迹跟踪误差每一分量的绝对值指数收敛 .对应用在航天器上的金字塔形4 SGCMG系统框架角空间轨迹跟踪控制的仿真结果表明 。 展开更多
关键词 航天器 姿态控制系统 sgcmg系统 框架角 轨迹跟踪 自适应补偿控制
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“和平号”空间站SGCMG系统及其操纵 被引量:8
5
作者 吴忠 吴宏鑫 《航天控制》 CSCD 北大核心 1999年第2期76-80,共5页
综述了“和平号”空间站SGCMG系统的组成和操纵,并给出了梯度型操纵律回避奇异的一般化解释。同时指出,奇异问题和失效操纵问题是SGCMG系统的两个重要问题,也是今后SGCMG系统研究的主要课题。
关键词 控制力矩陀螺 空间站 操纵系统 sgcmg系统
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利用零运动避免SGCMG框架轴转速死区的方法 被引量:3
6
作者 耿云海 侯志立 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期418-424,共7页
研究了应用SGCMG零运动避免框架轴转速死区的方法。利用奇异值分解的方法对SGCMG的零运动进行分析,提取正交的零空间基底与各个基底对应的坐标值。以SGCMG零运动尽量远离零为原则选取性能指标,令性能指标取极小,求解出零空间基底坐标方... 研究了应用SGCMG零运动避免框架轴转速死区的方法。利用奇异值分解的方法对SGCMG的零运动进行分析,提取正交的零空间基底与各个基底对应的坐标值。以SGCMG零运动尽量远离零为原则选取性能指标,令性能指标取极小,求解出零空间基底坐标方向的单位列阵。以每一个SGCMG的框架轴转速均大于死区转速为准则,给出了选取零空间基底坐标列阵模长的方法。设计SGCMG零空间基底坐标的调节策略,能使得SGCMG长时间运行在框架轴转速死区外。最后给出含有卫星姿态控制系统的仿真实例,校验了所设计零运动的有效性。 展开更多
关键词 sgcmg 零运动 框架轴转速 死区
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SGCMG系统运动奇异机理及研究进展 被引量:3
7
作者 吴忠 吴宏鑫 丑武胜 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2000年第3期31-36,共6页
介绍了单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)系统的运动奇异机理 ,并对当前运动奇异的研究概况进行了综述 ;通过分析可以知道 ,对于 SGCMG系统奇异机理的认识 ,现在还处于一个较浅的层次上 ,还远达不到 SGCMG系统非奇异操纵的需要 ;同时指出 ,SG... 介绍了单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)系统的运动奇异机理 ,并对当前运动奇异的研究概况进行了综述 ;通过分析可以知道 ,对于 SGCMG系统奇异机理的认识 ,现在还处于一个较浅的层次上 ,还远达不到 SGCMG系统非奇异操纵的需要 ;同时指出 ,SGCMG系统奇点的分布及可回避性判别将是未来 展开更多
关键词 运动奇异 单框架控制力矩陀螺 sgcmg系统
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悬臂式SGCMG的高速转子的径向振动特性研究 被引量:2
8
作者 罗睿智 虎刚 王全武 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期200-204,共5页
悬臂式单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的高速转子在运行过程中将会激发复杂的微幅高频振动,迄今对SGCMG的这种振动特性的认识既不准确也不完整。首先,在线性假设的基础上分析了径向振动的来源——静动不平衡量所产生的离心力和力偶以及预紧... 悬臂式单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的高速转子在运行过程中将会激发复杂的微幅高频振动,迄今对SGCMG的这种振动特性的认识既不准确也不完整。首先,在线性假设的基础上分析了径向振动的来源——静动不平衡量所产生的离心力和力偶以及预紧轴承滚动面的几何误差产生的预紧力的波动;其次,在结构的基础上利用分析力学的方法得到了悬臂式高速转子的径向振动模型——相互耦合的二阶常微分方程组;最后,通过数值仿真和测试结果的对比验证了分析的合理性和模型的有效性。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 高速转子 动力学建模 高频振动 single gimbal control MOMENT GYROSCOPE (sgcmg )
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参数不确定SGCMG系统的鲁棒操纵律设计 被引量:3
9
作者 吴忠 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期93-97,共5页
在单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)系统操纵律的设计中 ,如果考虑框架伺服特性 ,往往假设系统的物理参数是确切已知的。为消除参数的不确定性对操纵性能的影响 ,设计了一种鲁棒操纵律。该操纵律仅采用系统物理参数的预估值 ,根据航天器姿态... 在单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)系统操纵律的设计中 ,如果考虑框架伺服特性 ,往往假设系统的物理参数是确切已知的。为消除参数的不确定性对操纵性能的影响 ,设计了一种鲁棒操纵律。该操纵律仅采用系统物理参数的预估值 ,根据航天器姿态控制给出的角动量 (或力矩 )指令 ,可直接计算出每个框架驱动系统所需的控制力矩。由于操纵律没有算法奇异 ,在 SGCMG系统不出现运动奇异的情况下 ,可使操纵误差指数收敛至零。同时 ,该操纵律对系统参数变化具有良好的鲁棒性 ,且形式简单 ,易于实现。对应用在航天器上的某 4 - SGCMG系统的仿真结果表明 ,上述操纵律是可行的。 展开更多
关键词 姿态控制 操纵律 单框架控制力矩陀螺系统 设计 sgcmg 参数不确定
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SGCMG系统的奇异状态脱离性判定方法研究 被引量:2
10
作者 张锦江 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2001年第4期25-30,共6页
单框架控制力矩陀螺系统 ( SGCMG)是大型航天器姿控系统较为理想的选择 ,但是该系统存在严重的奇异现象 ,增加了操纵律的设计与开发的难度。文章从奇异性分析的角度对具有冗余度的单框架控制力矩陀螺系统奇异状态进行了研究 :提出了一... 单框架控制力矩陀螺系统 ( SGCMG)是大型航天器姿控系统较为理想的选择 ,但是该系统存在严重的奇异现象 ,增加了操纵律的设计与开发的难度。文章从奇异性分析的角度对具有冗余度的单框架控制力矩陀螺系统奇异状态进行了研究 :提出了一种新的冗余的 SGCMG系统的零运动微分动力系统的构造方法 ;给出了该零运动微分动力学下具有冗余度的单框架控制力矩陀螺系统奇异状态的性质 ,并改进了奇异可脱离性的判别方法。 展开更多
关键词 奇异性 控制力矩陀螺 航天器 姿态控制系统 零运动 微分动力系统 奇异状态 脱离性 sgcmg系统 判别方法
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冗余 SGCMG 系统非奇异逆运动学闭环求解
11
作者 吴忠 吴宏鑫 《航天控制》 CSCD 北大核心 1998年第3期8-16,共9页
为进一步简化单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统逆运动学的求解,在借鉴国内外相关研究的基础上,将冗余机械臂逆运动学闭环求解方法引入到SGCMG系统中来,并在闭环求解过程中,施加非奇异条件,即得到冗余SGCMG系统非奇... 为进一步简化单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统逆运动学的求解,在借鉴国内外相关研究的基础上,将冗余机械臂逆运动学闭环求解方法引入到SGCMG系统中来,并在闭环求解过程中,施加非奇异条件,即得到冗余SGCMG系统非奇异逆运动学闭环解。这种方法不但可以得到逆运动学的非奇异解,且可通过选择适当的增益阵,控制算法的收敛速度。而且由于此种方法不用计算Jacobi矩阵的伪逆,而是代之以Jacobi阵的转置,大大简化了计算量,适于实时实现。对金字塔构形的4-SGCMG系统的仿真结果表明,上述算法是可行的。 展开更多
关键词 控制力矩陀螺 非奇异 逆运动学 闭环解 sgcmg
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“和平号”空间站SGCMG系统及其操纵
12
作者 吴忠 吴宏鑫 《控制工程(北京)》 1999年第2期1-5,共5页
本文在查阅相关文献资料的基础上,综述了"和平号"空间站SGCMG系统的组成和操纵,并给出了梯度型操纵律回避奇异的一般化解释。同时指出,奇异问题和失效操纵问题是SGCMG系统的两个重要问题,也是今后SGCMG系统研究的主要课题。
关键词 控制力矩陀螺 空间站 sgcmg系统 失效操纵
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使用SGCMGs航天器滑模姿态容错控制 被引量:5
13
作者 张福桢 金磊 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期806-813,共8页
基于滑模控制与自适应理论,对使用单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的刚性航天器的被动姿态容错控制问题进行了研究。首先建立了含有陀螺框架转速故障的系统数学模型。然后将框架转速直接作为控制量并应用滑模控制理论设计了容错控制器,同... 基于滑模控制与自适应理论,对使用单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的刚性航天器的被动姿态容错控制问题进行了研究。首先建立了含有陀螺框架转速故障的系统数学模型。然后将框架转速直接作为控制量并应用滑模控制理论设计了容错控制器,同时控制器中还设计了自适应律对故障信息和干扰进行估计。由此,可在故障和干扰的先验信息未知的情况下,实现对航天器无故障和有故障情况下的姿态稳定控制,且具有较强的鲁棒性。最后,对2种构型单框架控制力矩陀螺群的不同故障模式进行数学仿真,验证了该控制方法的有效性和可行性。 展开更多
关键词 航天器 单框架控制力矩陀螺群(sgcmgs) 容错控制 滑模控制 自适应控制
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SGCMG控制的三轴稳定航天器姿态动力学建模 被引量:1
14
作者 关晓东 曲广吉 《航天器工程》 2000年第2期7-17,共11页
建立以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为航天器控制执行机构的三轴稳定航天器动力学模型。首先建立SGCMG控制的航天器姿态动力学方程;然后分析了SGCMG的多种组合构形及其雅可比矩阵的奇异性问题;最后介绍了几种常用的避免奇异性的方法。
关键词 单框架控制力矩陀螺 sgcmg 卫星动力学 构形奇异 航天器 姿态控制
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基于力矩输出能力最优的SGCMG操纵律设计 被引量:7
15
作者 孙志远 金光 +2 位作者 徐开 张刘 杨秀彬 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期113-122,共10页
为使SGCMG系统在有效回避奇异的同时能够较精确地输出期望力矩,设计了一种基于力矩输出能力最优原理的SGCMG联合操纵律.根据期望力矩矢量及SGCMG力矩输出的几何关系,提出了新的系统奇异状态指标,给出使力矩输出能力最优的框架角速度;引... 为使SGCMG系统在有效回避奇异的同时能够较精确地输出期望力矩,设计了一种基于力矩输出能力最优原理的SGCMG联合操纵律.根据期望力矩矢量及SGCMG力矩输出的几何关系,提出了新的系统奇异状态指标,给出使力矩输出能力最优的框架角速度;引入优化指标,使得框架转速误差和输出力矩误差的混合二次型最小,保证在力矩输出能力达到最优的同时也使得输出力矩误差最小.采用奇异值分解理论证明了联合操纵律在奇异面处不存在框架锁定现象,能够有效地逃离奇异,同时分析了所设计操纵律的力矩输出误差.以金字塔构型SGCMG系统为例,对所设计的联合操纵律分别进行了恒定力矩仿真和卫星大角度机动仿真.仿真结果表明,联合操纵律能够顺利回避角动量奇异面,不存在奇异鲁棒操纵律存在的框架锁定现象,且输出力矩误差较非对角奇异鲁棒操纵律小,能够顺利完成航天器大角度机动任务. 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 奇异值分解 大角度机动 最优框架角 框架锁定现象
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SGCMGs驱动的挠性航天器有限时间自适应鲁棒控制 被引量:6
16
作者 王璐 郭毓 吴益飞 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期641-651,共11页
针对挠性航天器系统中同时存在单框架控制力矩陀螺群(Single gimbaled control moment gyroscopes,SGCMGs)摩擦非线性、电磁干扰力矩、惯量摄动以及外部干扰等问题,提出了一种有限时间自适应鲁棒控制(Finite-time adaptive robust contr... 针对挠性航天器系统中同时存在单框架控制力矩陀螺群(Single gimbaled control moment gyroscopes,SGCMGs)摩擦非线性、电磁干扰力矩、惯量摄动以及外部干扰等问题,提出了一种有限时间自适应鲁棒控制(Finite-time adaptive robust control,FTARC)方法.针对系统中存在未知参数的情况,分别设计自适应更新律,使得控制器的设计不依赖参数信息,同时减小外部干扰对系统的不利影响.应用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统姿态角误差和姿态角速度误差可在有限时间内收敛到原点附近的邻域内.仿真结果表明,所提控制律可实现挠性航天器姿态快速机动,并获得甚高指向精度. 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺群 挠性航天器 有限时间自适应鲁棒控制 不确定性
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Error analysis and a new steering law design for spacecraft control system using SGCMGs 被引量:7
17
作者 Jin Jin Jing-Rui Zhang Zao-Zhen Liu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第5期803-808,共6页
Based on the singular value decomposition theory,this paper analyzed the mechanism of escaping/avoiding singularity using generalized and weighted singularity-robust steering laws for a spacecraft that uses single gim... Based on the singular value decomposition theory,this paper analyzed the mechanism of escaping/avoiding singularity using generalized and weighted singularity-robust steering laws for a spacecraft that uses single gimbal control moment gyros (SGCMGs) as the actuator for the attitude control system.The expression of output-torque error is given at the point of singularity,proving the incompatible relationship between the gimbal rate and the output-torque error.The method of establishing a balance between the gimbal rate and the output-torque error is discussed,and a new steering law is designed.Simulation results show that the proposed steering law can effectively drive SGCMGs to escape away from singularities. 展开更多
关键词 Single gimbal control moment gyros sgcmgs) Attitude control Singularity analysis Steering law
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谐波齿轮对大型SGCMG框架转速控制的影响分析 被引量:3
18
作者 刘宝玉 金磊 贾英宏 《航天控制》 CSCD 北大核心 2014年第2期23-28,34,共7页
框架转速控制精度是影响大型单框架控制力矩陀螺(Single Gimbal Control Moment Gyroscope,SGCMG)输出力矩精度的重要因素。谐波齿轮是一种大传动比的减速装置,在大型SGCMG框架伺服系统中加装谐波齿轮提高框架电机的转速,有利于减小框... 框架转速控制精度是影响大型单框架控制力矩陀螺(Single Gimbal Control Moment Gyroscope,SGCMG)输出力矩精度的重要因素。谐波齿轮是一种大传动比的减速装置,在大型SGCMG框架伺服系统中加装谐波齿轮提高框架电机的转速,有利于减小框架转速控制偏差。本文分析了大型SGCMG框架电机和谐波齿轮传动的特性,建立了带有谐波齿轮的大型SGCMG动力学模型。数值仿真结果表明加装谐波齿轮可明显改善大型SGCMG框架转速控制精度,特别是框架低速运行时的控制精度,提高大型SGCMG输出力矩精度;但加装谐波齿轮也给框架带来高频谐振。 展开更多
关键词 谐波齿轮 框架伺服系统 建模
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一种SGCMG系统奇异逃离方法 被引量:6
19
作者 刘德庆 吴敬玉 操宏磊 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1001-1005,共5页
单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统进入奇异后无法提供准确的三轴指令力矩,通过奇异机理分析,设计了一种奇异逃离方案。首先构造新的动态坐标系,在系统进入奇异后,将控制坐标系切换到新的坐标系下,在新的坐标系上放弃一个维度的控制,将系... 单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统进入奇异后无法提供准确的三轴指令力矩,通过奇异机理分析,设计了一种奇异逃离方案。首先构造新的动态坐标系,在系统进入奇异后,将控制坐标系切换到新的坐标系下,在新的坐标系上放弃一个维度的控制,将系统考虑为平面内的SGCMG冗余控制系统,然后在平面内采用二维零运动使得系统快速逃离奇异状态,当SGCMG系统逃离奇异状态后,再重新接入三维度的控制。仿真结果表明,提出的方法具有很好的奇异逃避效果。 展开更多
关键词 航天器 单框架控制力矩陀螺(sgcmg) 姿态控制 奇异逃离
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An improved constrained steering law for SGCMGs with DPC 被引量:1
20
作者 Lei Jin Shijie Xu Department of Guidance, Navigation and Control,School of Astronautics, Beihang University, 100191 Beijing, China 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第5期713-720,共8页
An improved constrained (IC) steering law for single gimbal control moment gyros (SGCMGs) with deformed pyramid configuration (DPC) is proposed, First of all, the original system with five pyramid configuration ... An improved constrained (IC) steering law for single gimbal control moment gyros (SGCMGs) with deformed pyramid configuration (DPC) is proposed, First of all, the original system with five pyramid configuration (FPC) whose two adjacent gyros are in failure state is reconfigured as a degraded system with DPC. Then, the singular angular momentum hypersurfaces of the original and the degraded systems are plotted via the singular angular momentum equa- tion of SGCMGs. Based on singular surfaces, the differences between FPC and DPC in singularity and momentum envelope are obtained directly, which provide an important reference for steering law design of DPC. Finally, an IC steering law is designed and applied to DPC. The simulation results demonstrate that the IC steering law has advantages in simplicity of calculation, avoidance of singularity and exactness of output torque, which endow the degraded system with fine controllability in a restricted workspace. 展开更多
关键词 Single gimbal control moment gyros sgcmgs) - Deformed pyramid configuration (DPC) Failure Singularity - Steering law
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