航天器半物理仿真应用研究

介绍了航天器半物理仿真的特点,总结了航天器控制系统半物理仿真的3种基本表现形式和应用范围。指出在没有特殊说明时,传统意义上的控制系统半物理仿真是指以敏感器/控制器在回路为主要框架的仿真试验,其特点是有复杂昂贵的运动模拟器等仿真专用设备,其关键技术之一是运动模拟器的设计应用技术,具体可分为基于运动学直接物理模型和基于运动学数学模型变换2种方法,并在仿真应用举例中对此作了进一步说明。

基于UPF滤波的微小航天器姿态矩阵估计方法

针对基于惯性-星光姿态确定系统噪声存在非高斯分布的情况,提出了将离散粒子滤波(UPF)方法应用于定姿系统滤波器设计,该方法用离散卡尔曼滤波(UKF)得到粒子滤波的重要采样函数,从而克服扩展卡尔曼滤波(EKF)和UKF只能应用到噪声为高斯分布的不足。文章以微机电系统(MEMS)陀螺和互补性金属氧化物半导体有源像素图像传感器(CMOS APS)星敏感器为姿态敏感器件,选取基于矢量观测的最小参数姿态矩阵估计方法为定姿算法,提出将UPF与最小参数姿态矩阵估计方法结合,设计了一种针对微小航天器的UPF姿态估计器,采用从MEMS陀螺采集的数据进行了半物理仿真并对其特性进行了分析与比较。仿真比较结果表明:在敏感器精度较差并且系统噪声非高斯分布的情况下,这种基于UPF的姿态估计方法可以取得比EKF和UKF更快的滤波收敛性和更好的滤波精度,有效地提高了定姿性能。

星光模拟的半物理仿真技术

航天器利用星光定位导航技术是航天器自主导航的一种新的方法。它不依赖于无线电和GPS等导航手段,在航天器进行深空探测和绕地飞行中都有着非常重要的应用,因此,国内外都在对天文导航技术进行深入的研究。但是航天器利用天文定位导航技术的实验研究不仅难度很大而且成本昂贵,因此国内外均采用地面半物理仿真进行实验研究。利用航天器天文导航半物理仿真模拟实验系统,可以深入研究航天器的关键定位导航技术,准确模拟量测信息及其误差特性,从而精确验证天文导航方法的有效性和准确性并进行系统精度分析。我们在自主天文导航技术研究的基础上,建立了一套天文导航半物理仿真实验系统平台。半物理仿真实验系统平台从结构上可分为两大部分:一是星光模拟器,通过液晶光阀和光学系统模拟和显示星敏感器接收到的星光;二是星敏感器模拟,用摄像机和台式计算机模拟星敏感器,完成星图采集、图像处理和导航解算等。

航天器仿真技术

航天器在经济和国防中都起重要作用.航天器控制系统研制需要系统仿真技术支持.该文首先介绍了航天器分类和其控制系统的组成,然后对航天器控制系统仿真技术进行讨论,介绍了航天器控制系统仿真分类和应用、仿真设备、半物理仿真、全物理仿真和航天器故障仿真内容.

三轴仿真转台的总体设计与关键技术研究

本文针对某型三轴仿真转台任务，设计并实现了三轴仿真转台系统的硬件和软件。并且对三轴仿真转台中的难点问题进行了研究，提出了解决方案，通过实际调试证明了该设计和关键技术解决方案是正确的，该系统达到了设计指标要求。

小卫星设计、分析与仿真验证一体化系统

针对小卫星采用的一体化设计、模块化集成的方法，选择国际上先进的仿真软件，在单轴气浮转台和AC104实时仿真器硬件的基础上，设计并建立了“小卫星设计、分析与仿真验证一体化系统”的数学仿真和半物理仿真两个平台。该系统在方案设计阶段用于对总体方案进行优化、仿真与评价；在研制阶段为部件和分系统提供系统性能的验证和验收手段；在测试和运行阶段用于系统的故障诊断、故障隔离和对策研究等。

舱外机动装置控制技术的实时仿真研究

舱外载人机动装置的姿态控制为非线性时变 ,并且带有不确定参数的系统控制问题 ,传统的控制理论难以处理该问题 .为了验证自适应控制方法对该问题的处理以及该方法在工程上的实用性 ,因此在dSPACE平台上建立了半物理仿真系统 ,该系统真实模拟了现实环境并且仿真出真实可靠的结果 。

基于全驱系统方法的组合航天器位姿自适应预设性能控制

针对非合作航天器被成功捕获后所形成的组合航天器的位姿控制任务,考虑系统中含有的未知扰动的影响,设计了一种基于全驱系统方法的自适应预设性能控制器。根据欧拉姿态动力学方程和轨道动力学方程,建立了简洁的组合航天器位姿动力学方程;通过引入预设性能函数,对组合航天器位姿误差的瞬态和稳态性能进行约束;进一步应用全驱系统方法,对带有未知扰动的组合航天器位姿误差系统设计自适应预设性能控制器;此外,通过构造Lyapunov函数证明了所提出的控制器的稳定性;最后,数值仿真结果和半物理仿真实验结果表明,在所设计的控制器作用下,组合航天器能够实现精确的位姿控制,同时系统的状态误差始终收敛于预设性能包络内,验证了所设计控制器的有效性和实用性。