一种多星分离的姿控联合仿真方法

现阶段仅依据多体动力学,难以准确分析和评估多星分离时含调姿过程的近远场分离过程。因此针对一箭多星任务的分离安全性设计需求,提出了一种姿控联合仿真方法,实现了近远场分离的实时调姿仿真。计算结果表明,该方法与专业弹道软件相比,计算误差不超过5%。同时为了进一步研究结构参数、动力学参数和调姿算法等变量对分离方案的影响,结合拉丁超立方采样和蒙特卡罗打靶法,优化了采样空间,从而可以快速分析变量偏差、采样方式对不同分离工况的影响,进而准确判定分离方案的安全性。该方法实现了参数的自动化设置,可有效提高仿真效率,能为一箭多星发射任务的快速论证及分离安全性设计需求提供有力支撑。

电推进在航天器姿态控制中的研究综述

本文首先对电推进技术进行了简要的介绍,根据目前已有的电推进姿态控制应用,分析了适用于航天器姿态控制的不同类型的电推力器特性,之后分别对电推力器在姿态控制中的在轨应用现状和研究现状进行了综述和分析。在研究现状综述中,针对航天器姿态控制、姿轨联合控制和角动量卸载三个任务类型,分析总结了电推力器在布局、控制策略和算法等方面的研究成果和结论。最后,针对未来电推进技术在航天器姿态控制应用所面临的挑战,提出了相应的发展建议。

卫星姿态控制系统故障预测方法综述

结合目前卫星姿态控制系统(ACS)故障预测技术的迫切需求,回顾了故障预测技术研究进展,归纳梳理了知识驱动方法和数据驱动方法的特点,总结并指出了卫星姿态控制系统故障预测技术面临的技术难点。在此基础上,重点阐述了知识和数据联合驱动方法在当前和未来的关键问题与解决途径,从知识和数据并行模式、引导模式、反馈模式三个分支给出了相应关键技术后续发展的方向与思路。

立体坡面农业四足移动平台姿态控制策略与试验

针对农业四足移动平台在田间行走时的姿态稳定性、负载平稳性差等问题,提出一种立体坡面姿态控制向量策略,在建立四足移动平台运动学模型基础上,通过对一维俯仰、二维横滚坡面姿态姿态向量变化分析,得出立体坡面机身运动姿态角与各腿关节转角的变换方程,而后运用欧拉动力学方程、SLIP理论及次优支撑三角形内稳定裕度理论对四足移动平台平面Trot与坡面Walk步态进行规划。根据Matlab/Sim Mechanics的坡面姿态仿真试验,对所提出的控制策略进行研究,选择俯仰、横滚姿态变化的限定最小角度;Matlab-Adams虚拟样机仿真试验,验证立体坡面姿态变换方程及其步态规划的可行性,得到四足移动平台在俯仰、横滚均为10°的立体坡面行走时,其俯仰与横滚角变化范围在-2°~2°。通过四足移动平台物理样机进行机身姿态角与关节转角变化关系测试和立体坡面姿态行走试验,试验结果与仿真基本一致,验证立体坡面姿态变换方程及其步态规划的合理性;实现了四足移动平台坡面运动姿态保持水平的目的,提高了立体坡面行走的稳定性;负载平稳性能试验结果表明:该文提出的坡面姿态控制策略,在上、下坡及立体坡面行走时,其负载平稳性与无姿态控制器相比分别提高了15.8%,16.2%和16.0%,增强四足移动平台作为农业移动辅助平台的作业性能,为现代农业移动平台运动姿态控制的设计提供了参考。

双臂空间机器人基于高斯型函数的姿态、关节运动模糊自适应补偿控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控情况下,具有未知载荷参数的漂浮基双臂空间机器人系统关节运动的控制问题。利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,分析、建立了漂浮基双臂空间机器人完全能控形式的系统动力学方程。以此为基础,针对双臂空间机器人2个末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了一种基于标称计算力矩控制器附加模糊自适应补偿控制器的复合控制方案,即通过模糊自适应补偿控制器来弥补系统参数未知对标称计算力矩控制器控制精度的影响,以确保存在未知系统参数情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性。该控制方案能够有效地控制漂浮基双臂空间机器人的载体姿态及机械臂关节协调地完成期望的轨迹运动,并具有不需要反馈和测量双臂空间机器人载体的位置、移动速度、移动加速度,同时也不要求系统动力学方程关于系统惯性参数呈线性函数关系的显著优点。通过系统数值仿真证实了该方案的有效性。

漂浮基双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划

讨论了漂浮基双臂空间机器人非完整运动的最优控制规划问题。以多体动力学理论为基础,导出了载体位置、姿态均不受控制情况下,双臂空间机器人耦合了系统动量守恒关系的系统动量矩守恒关系,并将其转化为控制系统状态方程。由此,将双臂空间机器人的非完整运动规划问题转化为非线性系统的控制问题。以此为基础,利用近似优化的方法,给出了双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划控制算法。其优点在于,仅需要控制双臂空间机器人机械臂的关节运动,即可达到对载体姿态及机械臂关节位置的双重控制效果。一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。

具有未知载荷参数的漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊自适应补偿控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制情况下,漂浮基空间机械臂载体姿态及机械臂关节协调运动的控制问题.利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,建立了漂浮基空间机械臂完全能控形式的系统动力学方程.以此为基础,针对空间机械臂末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了一种基于标称计算力矩控制器附加模糊自适应补偿控制器的复合控制方案,即通过模糊自适应补偿控制器来弥补系统未知参数对标称计算力矩控制器的影响,以确保存在未知系统参数情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性.文中提到的控制方案能够有效地控制漂浮基空间机械臂的载体姿态及机械臂关节,可以协调地完成期望的轨迹运动,并具有不需要反馈和测量空间机械臂载体的位置、移动速度、移动加速度,同时也不要求系统动力学方程关于系统惯性参数呈线性函数关系的显著优点.通过系统数值仿真证实了方法的有效性.

自旋飞行器姿态运动的动态-测量系统建模

模型化处理是飞行器测控工程的重要技术之一。文章以在轨自旋飞行器的姿态运动为研究对象,采用动力学分析的方法,不仅实现了姿态角演化微分方程与转动角速度微分方程的严格解耦,而且提出并建立带关联方程的动态-测量系统模型。基于该系统模型和扩展Kalman滤波/预报算法,建立了姿态角最优估计和转动角速度高精度估计算法。

风云二号卫星地面控制系统自适应同步控制方法

针对风云二号07星测控实施过程中部分姿章联控参数未能正常执行的系统间时序控制不同步问题,研究提出一种地面控制系统自适应同步控制方法,分析卫星历史数据得到有效接收时间区间,取所有有效接收时间区间的交集得到最终有效接收时间区间。经验证,方法可有效解决系统间时序不同步的问题,精度高,控制效果好。

柔性关节机器人的自适应稳态控制算法

针对常规滑膜控制算法进行柔性关节机器人控制的稳态误差较大的问题,为了提高机器人姿态稳定性,提出一种基于多模式弹性驱动的柔性关节机器人的自适应稳态控制算法。构建柔性关节机器人末端位姿参数分布模型,分析柔性关节机器人位姿调节的约束参量,将柔性关节机器人位姿调节的稳态控制问题转化为机器人位姿参量自适应调节问题,有效实现柔性关节机器人的姿态变换的特征分解和误差补偿修正。结合运动规划模型实现机器人的多模式弹性驱动,完成柔性关节机器人位姿调节稳态控制。仿真结果表明,采用该方法进行柔性关节机器人位姿控制的稳定性较好,自适应控制性能优越。

基于激光雷达的多关节机器人姿态自动控制研究

为了避免机器人坡面行进姿态与平坦地形直行姿态出现较大偏差,保证多关节机器人运动稳定性,研究基于激光雷达的多关节机器人姿态自动控制方法;结合激光雷达定位导航技术,构建CPG单元振荡器模型,根据运动步态生成原则优化处理足结构参数,完成多关节机器人的运动姿态参数设定;根据姿态参数设定结果实现运动坐标转换,利用动力学方程的简化与分解表达式,确定非线性耦合项参数化处理结果,整合所得变量数据建立反馈控制器连接闭环,利用反馈控制器连接闭环自动控制多关节机器人姿态;对比实验结果表明,在激光雷达技术作用下,机器人上、下坡步长与平坦直行步长之间的误差最大值仅为10%,机器人行进过程中不会出现明显晃动情况,多关节机器人运动稳定性较高。

带滑移铰空间机械臂的动力学与协调运动的滑模控制方法

讨论了载体位置不受控制的带滑移铰两杆空间机械臂本体与末端抓手协调运动的控制问题 .结合系统动量守恒关系我们导出了系统的动力学方程以及机械臂末端抓手的线速度与关节铰速度间的运动学Jacobi关系 ;通过定义的一系列增广变量 ,我们建立了带滑移铰空间机械臂本体与末端协调运动的增广广义Jacobi关系 .进而结合系统动力学方程并根据变结构滑模控制理论 ,设计了带滑移铰空间机械臂本体姿态运动与末端抓手惯性空间轨迹运动协调控制的变结构滑模控制方案 .仿真运算 。

H型倾转推进两栖机器人水下姿态自抗扰控制

针对水陆两栖机器人推力不稳和环境扰动造成的姿态不稳定问题,设计了一种新型的将轮驱动与喷水推进进行复合的可倾转复合推进装置。将该可倾转复合推进装置应用在H构型两栖机器人中,基于推力倾转角分离控制策略和自抗扰控制原理设计了姿态自稳定控制器,并在耦合自由度上采用异步调节机制。使用Simulink/ADAMS联合仿真平台进行姿态稳定仿真验证,并确定了具有较好效果的控制器参数;物理样机运行实验表明,H型两栖机器人可以完成预设运动,姿态自稳定控制器能够将该机器人水下运行时的姿态抖动抑制在5°以内。

内插型锁口管幕群姿态-锁口控制技术试验研究

为研究上海市田林路下穿中环线新建工程管幕-箱涵穿越段所采用的内插型锁口的可行性与安全性,在其临近位置开展内插型锁口管幕群顶进试验,并结合数值模拟方法对管幕钢管自身刚度、锁口刚度与管幕顶进顺序、管幕掘进与姿态控制技术、管幕钢管顶进减摩与顶力控制4大方面进行研究。通过等比例试验及数值模拟,结果表明:1)通过内插型锁口相互连接,管幕钢管的姿态可控、闭合顺利、止水良好;2)采用内插型锁口的管幕钢管具备良好的自身刚度;3)试验采用的特种管幕掘进设备、纠偏系统及后配套系统能够精准地控制管幕钢管顶进精度,可将轴线偏差控制在±1 cm;4)内插型锁口能发挥显著的锁口导向作用。

基于八轴六联动控制复合机器人的技术集成及应用研究

研究桁架加关节复合机器人结构的大范围轨迹位置和姿态控制的技术集成与应用。基于桁架(X、Y、Z)和关节(A、B、C)的六轴六联动技术与性能特点,增加了X轴直线双驱从动轴U轴和摆臂V轴,将控制算法集成关节机器人与龙门桁架结构,达到八轴六联动控制。在建立三关节与三直线组合数控模型下,可实现大范围任意姿态位置工作,满足了焊接、注胶、喷涂、雕刻等多个行业的大规格零件加工应用。

某轨姿控管路系统模拟分析及优化

根据某轨姿控系统中关键组件的固定位置进行管路布置,并通过ANSYS Workbench对管路和管路接头进行了仿真分析,针对分析结果、结合管路布置原则对原管路进行改进。通过与原管路对比发现:改进管路模型的固有频率避开了系统工作频率910 Hz;在随机振动中X方向上的等效应力和位移分别减小了66.62 MPa和0.72878 mm且在Y、Z方向上的等效应力和位移增加幅度较小;四通管路接头使得管路中流量分配更加均匀且降低了将近10%的水击压力,有效地改善了轨姿控系统中管路的布置形式。

轮腿式全地形移动机器人位姿闭环控制

轮腿机器人在越障及振动时,不可避免地会出现位姿(质心位置和俯仰、侧倾姿态)的变化。为实现对其位姿的控制,将汽车的多连杆悬挂系统应用到轮腿机器人设计当中,设计了一款新型轮腿式全地形移动机器人,降低复杂地面对轮腿机器人姿态的影响,保证轮腿机器人在复杂环境下自身姿态的稳定性。首先,建立了轮腿机器人的单腿运动学模型,并搭建了单腿试验台架,验证了模型的正确性。接着,针对轮腿机器人的位姿问题分别建立俯仰和侧倾模型,并对轮腿机器人的位姿进行解耦运算,在满足轮腿机器人各质心位置分量(x、y、z)不变的情况下实现其姿态的闭环控制。然后,采用比例控制(P控制)在Simulink中搭建轮腿机器人位姿控制策略。最后,在Adams中创建轮腿机器人虚拟样机,并建立适用于大外倾角的PAC轮胎模型,利用Simulink与Adams联合仿真验证轮腿机器人在立体坡面上的位姿控制效果,仿真结果表明,本文控制算法对轮腿机器人的质心位置和姿态均有很好的跟踪效果,可将质心位置误差、姿态误差分别控制在4.3%和5%以内,验证了本文控制算法的有效性。

基于自适应RBFNN噪声估计的自抗扰控制在姿态控制中的应用

针对旋翼飞行多关节机械臂内部参数不确定性、外部环境和自身机械臂规划运动对飞行平台的干扰问题设计了一种姿态控制方法.首先将跟踪微分器作为期望姿态角的过渡过程,利用自适应RBFNN(径向基函数神经网络)算法对旋翼飞行多关节机械臂内、外部干扰进行逼近估计并实时补偿.然后采用非线性状态误差反馈控制来实现旋翼飞行多关节机械臂的姿态跟踪控制,并利用李亚普诺夫函数进行稳定性分析.最后,在仿真平台上实现该算法,将其仿真结果分别与PID(比例-积分-微分)控制、传统自抗扰控制(ARDC)进行比较分析.并且在实际旋翼飞行多关节机械臂系统上进行了实验,在0.4 s之内三轴姿态角可从0快速跟踪到0.6 rad且无超调.该算法对各通道的扰动有较强的抗干扰性,对系统参数有较强的鲁棒性,并且明显优于ARDC和PID算法.结果说明该算法能有效地解决系统不确定性干扰问题以实现姿态角的准确、快速跟踪.