航天器敏捷机动控制技术发展及展望

对航天器敏捷控制技术的发展现状进行综述,分析了航天器敏捷机动在路径规划、高敏捷高稳定度控制等方面面临的技术挑战;从航天器输入激励方面给出了不同路径规划对姿态敏捷机动性能的影响及适用范围。分析了单级路径跟踪控制、执行机构精准输出控制、多级复合控制等方法对提升航天器敏捷机动高稳定控制性能的技术途径。航天器敏捷机动控制作为一项系统性技术,需要从结构动力学、控制架构、测量与执行部件研制等多方面开展综合分析与设计。针对航天器敏捷机动控制技术发展需求及所面临的挑战,从智能自主控制架构设计、自主决策与协同规划技术、高性能部件研制技术等方面,给出敏捷航天器控制技术的发展建议。

采用MSCMG群的卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验验证

针对新型惯性执行机构磁悬浮控制力矩陀螺(Magnetically suspended control moment gyro,MSCMG),基于金字塔构型开展卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验研究,以验证MSCMG的姿态控制性能。首先基于MSCMG搭建卫星平台控制地面试验系统,建立数学模型;接着针对气浮台外界扰动抑制及大角度敏捷机动控制问题,基于变参数滑模控制设计姿态控制算法,采用鲁棒伪逆方法进行MSCMG群框架角速度分配;并针对MSCMG的特性对框架角速度和角加速度进行了限幅,开展闭环控制试验研究。试验结果表明,采用MSCMG进行气浮台姿态稳定控制实验,可以实现姿态稳定度优于5×10^(-4)(°)/s,且在实现30°/15 s的机动指标时,MSCMG框架角速度具有良好的跟踪性能,且磁悬浮转子在输出大力矩时仍然保持稳定悬浮,具有较强的鲁棒性。通过地面闭环试验验证了MSCMG作为姿控执行机构的优异性能,为其未来进一步应用研究奠定基础。

敏捷机动成像多条带数据的辐射一致性处理

敏捷机动多条带数据是获取大区域观测数据的一种方式,单个敏捷机动条带数据的幅宽有限,需要依次获取多个条带数据进行拼接满足观测需求,通过改变成像时的俯仰角和侧摆角确保邻接条带具有一定的重叠度以及整组条带数据具有较大的幅宽。俯仰角的差异一般在20~30°之间,最大可达35°左右。因此,各个敏捷机动条带数据呈现出不同的辐射亮度,而重叠区域内成像内容差异较大表现出不同的辐射特点。针对上述问题,本文采用基于重叠区域辐射信息的整体平差迭代方法,通过平差迭代逐步提升数据的辐射一致性,确保观测区域内具有较为稳定的辐射信息。利用一组实测的敏捷机动多条带数据进行实验,实验表明基于重叠区域辐射信息的整体平差迭代方法能够有效的提升影像间的辐射一致性。

一种基于大力矩飞轮的敏捷卫星路径规划的姿态机动控制方法

遥感卫星对姿态机动能力的快速性提出了更高的需求,提出一种路径规划控制方法及在线计算模型,利用大力矩飞轮作为执行机构提供控制力矩,通过大量测试得到修正角度的模型,从而使卫星具备高精度敏捷姿态机动能力.通过数学仿真结果说明了本方法的有效性.

敏捷遥感卫星新型姿态控制精度评估方法

针对新型敏捷遥感卫星地面测试缺乏验证手段问题,文章提出一种针对敏捷机动成像过程的新型姿态控制精度评估方法,通过设计星地模型算法,根据卫星的定轨数据和高精度姿态数据计算,可得到星载相机成像点在地固坐标系(ECF)的坐标,并引入地表高程数据以提高计算精度,进行成像点位置精度评估,即姿态指向精度评估;通过计算地表镜下点运动速度等衍生参数,进行载荷成像质量评估.与同条件下地面任务规划数据比对,算法精度误差在10米量级,远小于卫星姿态指向误差导致的成像位置偏离,满足地面分析验证精度需求.该套算法已应用于遥感公用平台、某卫星姿态敏捷机动技术地面验证工作.

中型敏捷遥感卫星公用平台方案特点与应用

中型敏捷遥感卫星公用平台(简称“中型敏捷平台”)是我国首个中等规模、敏捷遥感卫星公用平台研发项目,其研制目标包括完成平台设计开发、系统级试验验证、4项核心技术与8年寿命攻关、单机产品升级换代等。文章总结了中型敏捷平台的敏捷机动控制技术、高定位精度支持技术、通用化星载数据系统、高效率任务管理技术、整体式微振动抑制技术等方案特点,并对其应用效能进行了分析,例如平台模块化结构的良好任务适用性、通用电性验证平台的高效使用、核心技术的共享应用、新一代单机产品体系的广泛应用。该平台通用性强、任务适应范围广,后续可应用于低轨各类高精度、高效率遥感卫星任务。

高机动飞行器非指令运动及其控制的研究进展

高机动飞行器往往都是通过大攻角飞行来实现高机动科目的,在发展高机动飞行器的过程中,其非指令运动是伴随着大攻角飞行而常常出现的运动形态.为此,应在飞行器设计的早期阶段,充分研究所设计布局的大攻角流动性态及其相应的非指令运动的形态;揭示这类运动形态的主控流动;在此基础上形成和发展流动控制新技术,以达到抑制非指令运动的目的.由于大攻角前体非对称涡往往与非指令运动密切相关,为此本文首先指出前体非对称涡流动对头部微扰动十分敏感,以致长期以来让人们误认为这类流动具有不确定性.研究表明,通过设置人工微扰动可使前体非对称涡流动具有可重复性,并揭示该流动随扰动周向角变化的响应、演化规律.通过利用大、小后掠翼两类翼身组合体的典型布局形式,研究它们所呈现的摇滚运动形态,揭示其摇滚运动的不同主控流动机理,在此基础上分别发展了抑制小、大后掠翼身组合体摇滚运动的流动控制技术:快速旋转头部扰动和适当设置扰动位使翼、身的两对非对称涡处于反相.在抑制非指令运动的研究中,深入理解和揭示头部微扰动对非对称涡流动的响应、演化机理是至关重要的,应予以特别关注.