一种多飞行器协同的GNC系统飞行模拟平台设计

空间站在轨组装和长期运营阶段涉及到多飞行器独立飞行、飞行器间交会对接、多飞行器组合体融合控制、多飞行器分离过程控制和飞行器返回再入等复杂飞行任务,完整、真实的飞行模拟是必需且至关重要的.基于时间同步、实时数据交换的分布式一体化仿真架构,设计了一种多飞行器协同的通用半物理制导、导航与控制(guidance,navigation and control,GNC)系统飞行模拟平台,可很好地满足复杂系统的飞行模拟需要.平台由若干灵活、可扩展的通用模拟器构成,单个模拟器通过配置可以实现任一飞行器的功能,能够独立对指定飞行器的全任务过程进行仿真.平台通过靶场仪器组B时间码(inter-range instramentation group-B,IRIG-B)信号进行时间同步,利用1553B总线完成动力学仿真数据实时交换,并在多模拟器之间通过协调机制实现热并网后进行协同仿真.该模拟平台成功应用于空间站飞行控制演练.

空间引力波探测无拖曳技术现状与趋势

航天器无拖曳控制是实现引力波空间探测科学平台超静超稳运行的核心关键技术之一。目前,国内外各研究机构对航天器系统的动力学与控制进行了深入研究,并针对不同的探测频段需求提出了不同的探测任务。根据探测任务进行了航天器编队设计与控制的详细介绍和分析,对涉及的无拖曳与姿态控制、高精度惯性传感器与执行机构等原理和理论方法进行了深入的剖析。针对现已开展的空间引力波探测无拖曳航天器在轨飞行的演示验证整体情况进行详述和分析。在此基础上,提出后续开展相关研究中亟待解决的关键问题,指出未来无拖曳航天器系统动力学与控制的研究热点和趋势。

神舟八号飞船交会对接制导、导航与控制系统及其飞行结果评价

介绍神舟八号飞船交会对接制导、导航与控制系统的组成和工作原理,交会对接任务阶段划分,系统实现需关注的问题,以及神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器首次交会对接飞行试验的结果和评价.

航天器飞行控制仿真与平行系统

总结并分析了目前国内外航天器飞行控制仿真与平行技术的发展现状和任务需求,针对中国当前飞控仿真与平行系统的通用化和标准化不足的情况,提出了一种可组装的飞控仿真与平行系统的定义和系统架构,阐述了仿真与验证、决策与支持两个部分的设计方案,并通过嫦娥五号的飞控工作进行了检验,验证了系统的有效性。最后展望了未来航天器飞行控制仿真与平行技术的发展方向。

对异面椭圆轨道目标航天器的长期绕飞轨迹设计与控制

研究了绕飞卫星对异面椭圆轨道目标航天器进行长时间绕飞观测的轨道设计与控制问题。首先建立了适用于目标航天器运行在椭圆轨道上的长期绕飞轨迹设计模型;得到了绕飞轨迹以目标航天器为中心且保持封闭的条件。然后,考虑绕飞轨迹安全性和完成任务的相对距离需求,针对具体目标设计了长期绕飞观测轨道。绕飞过程中存在的摄动和误差影响会使绕飞轨迹不能保持封闭,不满足任务需求,为此采用双脉冲方法对绕飞轨迹进行控制。仿真结果表明,对运行在异面椭圆轨道上的目标航天器,所建立的绕飞轨迹设计模型和轨迹控制方法可以用于长期绕飞轨迹设计与控制中。

一种用于航天器飞控演练的数管模拟器设计

飞控模拟器用于航天器飞控任务的演练,对确保飞控任务安全可靠起着关键作用。数管模拟器是飞控模拟器最重要的组成部分之一,用于模拟航天器的遥测、遥控、信息处理和传输等功能。文章介绍了一种航天器数管模拟器设计方案,它由通用工控机、通用和专用板卡、数管仿真软件几部分组成,具有真实性高、通用性高、灵活性高的特点,已在嫦娥一号和嫦娥二号卫星飞控模拟器中得到应用,对圆满完成飞控任务起到了有力的支持作用。

月面无人自动采样返回飞行程序设计与实现

针对嫦娥五号飞行程序多舱段、多任务、系统控制复杂的设计特点和难点,采用传统的飞行程序设计方法工作量大,状态控制困难,很难满足任务要求。提出了一种新的基于状态转移的方法对飞行程序进行系统建模,首先将整个飞行过程分解成若干模块状态机;然后针对每个模块状态机的功能划分为状态触发器、评估器、执行器和确认器,并分别开展建模设计;最后通过状态触发器和确认器将各个功能模块进行连接,形成整个飞行程序的有限状态机描述。相比传统方法,该方法具有通用性、可扩展性和可复用性等特点,对于规范飞行程序设计,描述复杂的飞行任务过程有很大的优势。采用该方法对嫦娥五号飞行程序进行了建模和设计,并给出了典型飞行过程的设计结果。在轨飞行试验结果表明,该方法可以满足飞行任务的要求,确保了嫦娥五号在轨飞行控制任务圆满成功。

飞船环境控制与生命保障系统

环境控制与生命保障系统是飞船上十分复杂和相当重要的分系统 ,是实现载人航天必须要突破的一项关键技术。本文着重论述了系统的功能任务、技术要求及系统的主要技术 ,对系统的试验验证工作也进行了讨论。

BP神经网络用于传感器故障诊断的仿真研究

在标准逆传播神经网络的基础上 ,提出了一种全新的改进逆传播神经网络 ,用来消除标准逆传播神经网络收敛速度慢和易陷入局部最小点的缺陷 ;并且设计了一个主神经网络和三个分布神经网络的结构 ,通过神经网络的在线学习 ,得到需要的参数估计。用它与传感器测得的实际值比较 ,可判断出故障 ,并且给出了仿真实例。

一种现代航天器飞行控制系统及其容错技术研究

阐述了一种现代航天器飞行控制系统的组成原理及其类别,阐述了时分复用和波分复用的性能特点,进一步提出了光纤多路发送软件、接收软件的设计技术。在详尽介绍容错技术的基础上,设计了一种现代航天器飞行控制系统三余度容错技术方案。实例仿真验证表明,本文所设计的现代航天器容错系统是可行的,并具有很强的鲁棒性。

利用大气阻力的横向编队维持控制

研究了航天器在近圆轨道面内横向固定间隔距离内伴飞编队维持问题。基于经典轨道要素偏差法分析了相对运动特性和大气阻力对相对运动的影响。根据利用大气阻力引起的横向相对运动漂移,设计了有利于长期伴飞编队维持的初始半长轴偏差和伴飞边界点的期望半长轴偏差,进一步给出了进行伴飞维持的边界点横向速度脉冲。仿真结果表明,该控制策略进行伴飞编队维持是可行的,维持所需的速度脉冲次数少、速度增量小,且算法简单,有利于航天器自主化实现。

航天器控制若干技术问题的新进展

航天器姿态和轨道控制技术是航天器研制中的关键技术,对实现复杂航天器的控制以及未来复杂的飞行任务都具有非常重要的作用。文中通过一些飞行实例概述国内外航天器控制技术的发展,论述了航天器控制技术在编队飞行、自主交会与对接和复杂对象控制中的进展。文章通过揭示航天器控制技术领域的研究和发展趋势,为我国航天器制导、导航与控制技术的发展提出建议。

基于模糊控制理论的无人机飞控系统设计

由于无人机数学模型中6个气动系数的各个导数是高度和马赫数的一维或二维函数,使用常规飞控系统的无人机控制器结构复杂,控制效果较差。为了解决以上问题,文中提出了基于模糊控制理论的无人机飞控系统设计,并且进行了仿真。仿真结果表明,基于模糊控制理论的无人机飞控系统控制效果优于常规控制器,它也说明模糊理论在无人机飞控系统中有很好的应用前景。

面向深空探测任务的飞控仿真与支持系统研究

为确保深空探测航天器飞行控制准确无误,故障措施应对及时,在进行需求分析的基础上,提出一种飞控仿真与支持系统的总体框架,给出系统工作流程,并总结出高精度轨道和姿态仿真、故障模拟与注入等5个方面的技术特点,最后通过对比仿真结果和在轨飞行结果验证了该系统的有效性并提出了展望.

磁力矩器的刚度控制技术及应用

使用磁力矩器控制俯仰轴带有偏置动量的卫星的姿态时,沿地磁场方向的控制力矩无法保证.刚度控制策略利用磁力矩器产生控制力矩,加速动量矩矢量绕轨道法线方向的旋转速度,使进动控制方向更快的与地磁场方向分离,进入进动控制的有利位置.针对运行在太阳同步轨道的偏置动量卫星,推导了加入刚度控制项后,其俯仰轴磁矩的表达式.利用蚁群算法ACA(Ant Colony Algorithm)对磁力矩器控制策略中进动反馈系数,章动反馈系数,刚度反馈系数3个反馈系数及相关的3个系数进行了寻优,利用优化的结果进行仿真实验.通过比较刚度控制策略和经典控制策略的仿真试验结果,证明在长期外部干扰力矩下,采用刚度控制可以改善进动控制效率,提高姿态控制精度.

航天器集群构形控制的虚拟弹簧阻尼网络方法

针对航天器集群质心相对运动构形控制问题,提出了一种基于虚拟弹簧阻尼网络的分布式控制方法。航天器间以虚拟的弹簧阻尼器相互连接,弹簧的原长根据期望的相对运动构形来设定。各航天器的控制输入是与其相连的所有弹簧阻尼器的合力。在线性动力学模型和拓扑结构连通且固定的假设下,基于代数图论的方法推导出了闭环系统稳定性条件。对近地轨道上100个航天器形成格点相对运动构形和20个航天器形成时变距离的椭圆构形的实例进行了仿真,考虑了轨道摄动的影响,结果表明,集群通过虚拟弹簧阻尼网络控制可实现期望构形,并能达到厘米量级的构形保持控制精度。该控制方法不改变集群的质心,只需施加很小的控制加速度;仅基于局部的邻居交互,能够适应大规模集群对分布式控制的要求。

飞行力学导航法探讨

针对一般组合导航系统的缺陷 ,本文提出飞行力学导航法这一新的组合导航概念并具体设计了 GPS/运动方程组合方案。飞行力学导航法是一种在不增加硬件设备的情况下 ,单纯用软件(运动方程 )明显改善原导航系统性能的导航方案。本文给出了飞行力学导航法的定义 ,并分析了其适用范围和特点。分析了传统运动方程建模中的各种误差源 ,推导了包含误差源在内的飞行器扰动方程 ,并得出其解析解。建立了 GPS/运动方程组合系统状态方程和观测方程 ,并进行仿真 ,验证了其可行性。仿真结果表明 ,GPS/运动方程组合系统导航精度高于 GPS,而且较单独 GPS增加了信息冗余度。

基于行为的太阳帆群编队方法

文章提出了一种基于行为的太阳帆群编队路径规划方法。通过行为控制技术,在有限的感知信息条件下,便可获得自动的分布式控制律,将同质的各太阳帆导引至目标构型。导引过程中,各帆期望速度均为所设置三个行为速度(聚集、排斥、驻留)的矢量和,而各行为参数则利用目标构型的对称性进行设置。特别地,为了降低控制成本,聚集行为在仿真中利用了太阳引力、光压实际环境下形成的太阳帆轨道性质进行改造。通过日心悬浮轨道上的太阳帆群编队数值仿真,验证了文中方法的有效性和优越性。仿真结果表明,仅通过设置三个简单的行为,便可在日心悬浮轨道上得到许多有价值的太阳帆群构型。此外,通过修改其中的聚集行为,该方法可以很容易地移植到太阳帆行星悬浮轨道以及椭圆型三体问题中的太阳帆轨道编队应用上来。

航天器姿轨耦合自适应同步控制

航天器动力学模型的精确建立,对于成功完成空间任务来说必不可少,而单独考虑轨道或姿态的模型无法满足任务高精度要求,因此从相对轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数(MRP)表示的姿态运动学方程出发,建立了航天器六自由度的相对耦合动力学方程。为了给出姿轨运动的基准,分别设计了航天器理想姿态和椭圆加指数接近轨道。针对航天器参数不确定问题设计了自适应同步控制律,并通过Lyapunov直接法证明闭环系统的全局渐近稳定性。从仿真结果可以看出,自适应同步控制算法能使轨道和姿态误差逐步趋于零。

基于模糊逻辑控制的航天器返回段姿态控制

用模糊逻辑控制方法设计某型机组返回器CRV(CrewReturnVehicle)在再入大气层飞行阶段的姿态飞行控制系统。它由 3个相互独立的模糊控制器分别实现对攻角、侧滑角和倾斜角的跟踪与控制。每个控制器以相关的角度跟踪误差及其微分信号为输入 ,来控制相应的气动舵面偏转 ,实现对该角度姿态的跟踪控制。数字仿真计算给出了良好的仿真结果 。