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Advances in dynamics and control of tethered satellite systems 被引量:27
1
作者 Dongping P.Jin Haiyan Y.Hu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第3期229-241,共13页
The concept of tethered satellite system (TSS) promises to revolutionize many aspects of space exploration and exploitation. It provides not only numerous possible and valuable applications, but also challenging and... The concept of tethered satellite system (TSS) promises to revolutionize many aspects of space exploration and exploitation. It provides not only numerous possible and valuable applications, but also challenging and interesting problems related to their dynamics, control, and physical implementation. Over the past decades, this exciting topic has attracted significant attention from many researchers and gained a vast number of analytical, numerical and experimental achievements with a focus on the two essential aspects of both dynamics and control. This review article presents the historic background and recent hot topics for the space tethers, and introduces the dynamics and control of TSSs in a progressive manner, from basic operating principles to the state-of-the-art achievements. 展开更多
关键词 tethered satellite system Space tether DYNAMICS control
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系绳卫星控制系统可重构性评价指标
2
作者 徐赫屿 刘成瑞 +2 位作者 张科备 周明霞 梁寒玉 《飞控与探测》 2024年第1期32-36,共5页
针对系绳卫星控制系统,展开系绳卫星控制系统可重构性评价指标的研究。首先建立了由三个子卫星组成的系绳卫星控制系统;然后针对该模型进行可重构性评价,给出可重构性评价指标,该指标不仅描述了系统的重构能力,同时还强化了可重构性评... 针对系绳卫星控制系统,展开系绳卫星控制系统可重构性评价指标的研究。首先建立了由三个子卫星组成的系绳卫星控制系统;然后针对该模型进行可重构性评价,给出可重构性评价指标,该指标不仅描述了系统的重构能力,同时还强化了可重构性评价对重构策略指导的作用,体现了重构设计对可重构性评价方法的依赖性。最后通过数值算例,分析了系绳卫星的可重构性指标,并对故障后的系统重新设计重构控制律使其保持稳定。 展开更多
关键词 系绳卫星 重构控制 自适应控制
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双控制方式下带缆水下机器人轨迹跟踪与水动力响应分析
3
作者 陈东军 吴家鸣 拜永征 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期967-980,共14页
本文首先根据已有的脐带缆运动控制方程,通过引入与工作船和水下机器人连接点处边界条件和速度耦合关系,与水下机器人运动方程一同构成完整的水动力数学模型;其次提出收放脐带缆的前馈-反馈控制方法和调节螺旋桨转速的增量式PID(Proport... 本文首先根据已有的脐带缆运动控制方程,通过引入与工作船和水下机器人连接点处边界条件和速度耦合关系,与水下机器人运动方程一同构成完整的水动力数学模型;其次提出收放脐带缆的前馈-反馈控制方法和调节螺旋桨转速的增量式PID(Proportion Integration Differentiation)算法,建立完整的带缆水下机器人系统水动力与控制模型;最后对所提出的模型进行数值模拟实验验证与运动控制操纵下的水动力分析。数值计算结果表明:本文所提出的带缆水下机器人系统水动力与控制模型是有效可靠的,垂向运动控制过程中,水下机器人纵摇角、横摇角和沉深的模拟值与实验值最大误差分别为2°、1°和-50 mm;对于PID算法,调节螺旋桨转速控制水下机器人对给定位置信息的跟踪响应效果,模拟值与实验值相差均不大;轨迹跟踪模拟计算沿水平(X轴)方向和竖直(Z轴)方向最大相对误差分别为10%和15%;水下机器人竖向(沿Z轴)运动主要由调节脐带缆长度的前馈-反馈策略决定,沿水平(X轴)方向的运动主要由调节螺旋桨转速的PID算法控制;机器人水动力载荷受其周围流场变化的影响,而流场的变化主要由机器人运动速度的改变和螺旋桨转速变化二者共同决定。 展开更多
关键词 运动方程 水动力与控制模型 带缆水下机器人 前馈-反馈控制 PID算法
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电动力绳系卫星系统长期离轨动力学建模与控制设计方法
4
作者 颜家慧 陈提 +3 位作者 文浩 罗操群 彭文轩 恽卫东 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期1792-1802,共11页
本文针对电动力绳系卫星系统的长期离轨问题,研究离轨过程中系统的非线性动力学建模以及离轨控制设计方法。基于哑铃模型假设,进行系统的姿态动力学建模。为提高动力学建模精度,计入电动力、大气阻力和地球J_(2)摄动等动力学载荷对系统... 本文针对电动力绳系卫星系统的长期离轨问题,研究离轨过程中系统的非线性动力学建模以及离轨控制设计方法。基于哑铃模型假设,进行系统的姿态动力学建模。为提高动力学建模精度,计入电动力、大气阻力和地球J_(2)摄动等动力学载荷对系统轨道运动的影响,采用修正的非奇异轨道要素描述系统的轨道动力学。针对离轨的动力学控制问题,提出了常值电流输入、方向可变的电流输入和最优控制三种电流控制设计方法,通过系绳电流设计调节电动力载荷实现离轨机动。在最优控制设计方法中,构建了带非线性约束的动力学反问题,基于非线性规划算法求解该反问题,得到最优控制参考轨迹,通过闭环反馈跟踪修正电流进行离轨。另外,提出了一种基于能量的电流开关控制策略辅助离轨,以保持系统姿态稳定和高效地利用电动力。为高效离轨对系统进行了动力学设计,并通过仿真算例对比分析了控制方法的离轨效率,验证了控制方法的有效性。 展开更多
关键词 绳系卫星系统 电动力 最优控制 长期离轨
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Nonlinear dynamics and station-keeping control of a rotating tethered satellite system in halo orbits 被引量:3
5
作者 Liu Gang Huang Jing +1 位作者 Ma Guangfu Li Chuanjiang 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第5期1227-1237,共11页
The dynamics of a rotating tethered satellite system (TSS) in the vicinity of libration points are highly nonlinear and inherently unstable. In order to fulfill the station-keep control of the rotating TSS along hal... The dynamics of a rotating tethered satellite system (TSS) in the vicinity of libration points are highly nonlinear and inherently unstable. In order to fulfill the station-keep control of the rotating TSS along halo orbits, a nonlinear output tracking control scheme based on the θ- D technique is proposed. Compared with the popular time-variant linear quadratic regulator (LQR) controller, this approach overcomes some limitations such as on-line computations of the algebraic Riccati equation. Besides, the obtained nonlinear suboptimal controller is in a closed form and easy to implement. Numerical simulations show that the TTS trajectories track the periodic reference orbit with low energy consumption in the presence of both tether and initial injection errors. The axis of rotation can keep pointing to an inertial specific object to fulfill an observation mission. In addition, the thrusts required by the controller are in an acceptable range and can be implemented through some low-thrust propulsion devices. 展开更多
关键词 Halo orbit Restricted three-body problem Station-keeping control Suboptimal control tethered satellite system
原文传递
空间碎片拖曳移除的系绳收放控制系统设计与实现
6
作者 吴源兵 刘定国 +5 位作者 黄树勇 刘璟龙 杨青 柳志娟 张金娜 刘鲁江 《机械与电子》 2024年第11期42-48,共7页
针对空间碎片拖曳离轨过程中需要对系绳张力和速度进行精确控制的问题,提出了一种系绳收放控制系统设计方案。在系绳张力控制中采用了抑制超调和防止系绳松弛的控制策略,在避免系绳紊乱打结方面采用了双电机协同控制方法。通过全物理试... 针对空间碎片拖曳离轨过程中需要对系绳张力和速度进行精确控制的问题,提出了一种系绳收放控制系统设计方案。在系绳张力控制中采用了抑制超调和防止系绳松弛的控制策略,在避免系绳紊乱打结方面采用了双电机协同控制方法。通过全物理试验台开展了不同系绳长度下、不同张力和速度的系绳收放试验。试验结果表明,所提控制系统控制精度高,动态响应快,运行可靠,能够实现系绳收放任务目标,是空间碎片主动移除关键技术的突破。 展开更多
关键词 空间碎片移除 系绳控制系统 张力控制 协同控制
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单人常压潜水装具(ADS)中继器的控制技术研究 被引量:2
7
作者 王瑶 赵俊海 +4 位作者 王磊 沈丹 李丽娜 尚宪朝 马岭 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期78-88,共11页
针对600米级单人常压潜水装具(ADS)的中继器提出了控制系统的设计方案、装具进站/出站控制、中性缆收放控制的原理及方法。通过一系列试验,验证了系统设计的合理性、控制原理及方法的有效性和可靠性。这些中继器的控制技术保证了单人常... 针对600米级单人常压潜水装具(ADS)的中继器提出了控制系统的设计方案、装具进站/出站控制、中性缆收放控制的原理及方法。通过一系列试验,验证了系统设计的合理性、控制原理及方法的有效性和可靠性。这些中继器的控制技术保证了单人常压潜水装具水下作业时的安全性和灵活性,可为深海水下载人/无人潜水器布放回收系统的设计提供借鉴和参考。 展开更多
关键词 船舶 海洋工程 单人常压潜水装具(ADS) 中继器 控制系统设计 中性缆收放控制 进站/出站控制
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绳系单体系统面内运动的定位控制 被引量:4
8
作者 金栋平 丁锋 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第1期1-6,共6页
建立了绳系单体系统的非线性动力学模型,分析了弱非线性条件下受控系统的稳定性。设计了一实验系统并对绳系单体系统的面内运动进行了定位控制研究。实验结果表明,计入摩擦补偿的线性力反馈控制可以有效抑制原非线性系统的面内运动。
关键词 绳系单体系统 稳定性 控制 实验
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空间碎片对绳系卫星冲击的影响分析 被引量:2
9
作者 刘丽丽 文浩 +1 位作者 金栋平 胡海岩 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第7期12-16,共5页
研究了绳系卫星受到太空碎片冲击时的最优控制响应。考虑系绳弹性和复杂边界约束,利用二阶微分包含及Legendre伪谱算法,提出了三维绳系卫星系统最优控制方法并给出了其回收过程最优控制的响应,获得了太空碎片对绳系卫星的冲击响应规律。
关键词 绳系卫星 最优控制 太空碎片 冲击
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改进的绳系卫星系统距离速率控制律 被引量:5
10
作者 黄奕勇 杨乐平 《上海航天》 北大核心 2007年第3期30-33,共4页
为扩大绳系卫星系统(TSS)控制的稳定域,提出了一种改进距离速率控制算法。根据TSS动力学方程及构造的二阶稳定系统,给出了修正的控制模型。讨论了稳定释放角度和释放/回收速度的影响,并研究了固定绳索长度系留控制方案。算例表明该方法... 为扩大绳系卫星系统(TSS)控制的稳定域,提出了一种改进距离速率控制算法。根据TSS动力学方程及构造的二阶稳定系统,给出了修正的控制模型。讨论了稳定释放角度和释放/回收速度的影响,并研究了固定绳索长度系留控制方案。算例表明该方法可显著扩大稳定域,提高释放速度。 展开更多
关键词 绳系卫星系统 控制律 回收 稳定性 绳索长度
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可变绳长绳系卫星系统的一种简单张力控制策略 被引量:5
11
作者 钟睿 徐世杰 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期66-73,共8页
为了简化绳系卫星系统(TSS)的控制,对已有的设计方法进行了改进,提出了一种新的控制律设计方法。根据TSS的动力学方程构造线性自治系统,对释放、滞留和回收过程做统一处理,由线性自治系统的稳定理论导出线性反馈控制律,并对控制参数的... 为了简化绳系卫星系统(TSS)的控制,对已有的设计方法进行了改进,提出了一种新的控制律设计方法。根据TSS的动力学方程构造线性自治系统,对释放、滞留和回收过程做统一处理,由线性自治系统的稳定理论导出线性反馈控制律,并对控制参数的取值进行了讨论;然后针对回收过程,通过设计平衡点参数得到了一种分段回收控制方案。仿真算例表明,文中采用的设计方法对于圆轨道和近圆轨道TSS的释放、滞留和回收过程都有较好的适应性。 展开更多
关键词 绳系卫星系统 张力控制 线性自治系统 鲁棒控制理论 回收
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大型系留气球测控系统软件设计 被引量:10
12
作者 林回祥 朱弘 《信息与电子工程》 2010年第3期360-363,共4页
大型系留气球长时间滞空的特点,决定测控系统的稳定和可靠工作非常重要。根据大型系留气球测控系统的组成与软件体系结构,提出球上测控软件(包括初始化、通信处理、数据处理、气球控制、通信电台控制和应急处理)、地面显控软件的设计要... 大型系留气球长时间滞空的特点,决定测控系统的稳定和可靠工作非常重要。根据大型系留气球测控系统的组成与软件体系结构,提出球上测控软件(包括初始化、通信处理、数据处理、气球控制、通信电台控制和应急处理)、地面显控软件的设计要点。工程实践表明,双路冗余设计是增强大型系留气球测控系统可靠性的有效手段。 展开更多
关键词 大型系留气球 测控系统 VXWORKS操作系统 FLASH OPENGL技术
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空间电动力绳系统理论及实验研究 被引量:10
13
作者 余本嵩 文浩 +1 位作者 金栋平 陈提 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期226-266,共41页
本文关注在轨航天器中具有导电性能的电动力绳系统,因其复杂动响应特征及潜在应用前景值得学者们深入研究.论文阐述了电动力绳系统的工作原理,对系统的力学建模、动力学行为、控制、应用、在轨实验及地面实验方法等研究进展进行了详细总... 本文关注在轨航天器中具有导电性能的电动力绳系统,因其复杂动响应特征及潜在应用前景值得学者们深入研究.论文阐述了电动力绳系统的工作原理,对系统的力学建模、动力学行为、控制、应用、在轨实验及地面实验方法等研究进展进行了详细总结,同时提出电动力绳系统有待进一步探究的科学与技术问题. 展开更多
关键词 电动力绳系统 力学建模 动力学行为 控制 实验
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单人常压潜水系统(ADS)控制技术应用研究 被引量:2
14
作者 沈丹 赵俊海 +2 位作者 王磊 王瑶 马岭 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期78-89,共12页
针对600米级单人常压潜水系统(ADS)提出了水面显控软件、水下显控软件和中继器控制软件的设计方案、运动控制方法和自动控制模型,并通过试验验证了ADS整个控制系统的合理性、可靠性和稳定性。ADS控制技术的研究对今后深海单人常压潜水... 针对600米级单人常压潜水系统(ADS)提出了水面显控软件、水下显控软件和中继器控制软件的设计方案、运动控制方法和自动控制模型,并通过试验验证了ADS整个控制系统的合理性、可靠性和稳定性。ADS控制技术的研究对今后深海单人常压潜水系统的设计和研究具有一定的借鉴和指导意义。 展开更多
关键词 船舶、海洋工程 单人常压潜水系统(ADS) 中继器 控制技术 PID控制
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基于退步控制方法的绳系卫星回收张力控制 被引量:1
15
作者 钟睿 徐世杰 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期26-30,共5页
利用退步控制方法研究了绳系卫星系统TSS(Tethered Satellite System)的平面内回收控制问题,提出了一种新的张力控制律.该控制律设计由两步组成:首先利用退步控制将摆角稳定到目标值,然后通过设计摆角的目标值实现系绳的回收和回收速度... 利用退步控制方法研究了绳系卫星系统TSS(Tethered Satellite System)的平面内回收控制问题,提出了一种新的张力控制律.该控制律设计由两步组成:首先利用退步控制将摆角稳定到目标值,然后通过设计摆角的目标值实现系绳的回收和回收速度的控制.控制率设计了分段连续的目标角度方案和延时环节,可以使TSS回收过程各状态量变化平滑.数值仿真结果表明,该控制律在圆轨道、近圆轨道和大偏心率的椭圆轨道都有很好的控制效果. 展开更多
关键词 绳系卫星系统 控制规律 退步控制方法 子星回收
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空间绳系拖拽系统摆动特性与平稳控制 被引量:8
16
作者 赵国伟 张兴民 +1 位作者 唐斌 孙亮 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期694-702,共9页
考虑了任务星与废星的姿态运动以及系统组合体的面内外姿态运动,建立了绳系拖拽离轨系统动力学与控制模型,以切向常值推力下绳系拖拽轨道转移为任务过程,分析了任务星在喷气和零动量轮的限制姿态反馈控制条件下飞行时,废星姿态摆动、系... 考虑了任务星与废星的姿态运动以及系统组合体的面内外姿态运动,建立了绳系拖拽离轨系统动力学与控制模型,以切向常值推力下绳系拖拽轨道转移为任务过程,分析了任务星在喷气和零动量轮的限制姿态反馈控制条件下飞行时,废星姿态摆动、系统组合体面内外摆动和任务星姿态运动的规律及相互影响关系。采用留位和阻尼控制相结合的系绳张力复合控制方法,并结合任务星姿态控制,确保绳系拖拽转移安全平稳进行。仿真结果表明:常值推力下绳系拖拽轨道转移时,牵挂点偏置诱发的废星姿态周期性摆动会激发绳系组合体的面内外同频率高阶摆动,星体姿态运动是任务星姿态扰动力矩产生的主要因素;采用张力复合控制可有效消除废星姿态摆动并保持星间相对距离,结合任务星姿态控制,可实现离轨过程的平稳与安全,大幅减少任务星的姿控能耗。 展开更多
关键词 绳系系统 轨道转移 摆动特性 动力学 张力控制
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绳系卫星编队动力学及控制研究进展 被引量:13
17
作者 余本嵩 文浩 金栋平 《动力学与控制学报》 2015年第5期321-328,共8页
对空间绳系卫星编队构形进行了分类,阐述了编队构形的稳定性特征.对系统自旋运动、系绳振动及L2平动点附近周期运动进行分析,指出系统展开/回收过程、卫星刚体姿态的动力学行为及控制方法.最后,对绳系卫星编队系统的研究及发展进行概括... 对空间绳系卫星编队构形进行了分类,阐述了编队构形的稳定性特征.对系统自旋运动、系绳振动及L2平动点附近周期运动进行分析,指出系统展开/回收过程、卫星刚体姿态的动力学行为及控制方法.最后,对绳系卫星编队系统的研究及发展进行概括和总结. 展开更多
关键词 绳系卫星 编队构形 稳定性 动力学行为 控制
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空间系绳系统的动力学建模与轨迹跟踪控制 被引量:4
18
作者 王长青 张马林 +1 位作者 李爱军 扎伯罗特诺夫.尤里 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期895-899,995,共6页
针对绳系子星远距离释放的情况,考虑展开控制机构特性、系绳弹性和质量,基于牛顿力学分析方法建立了空间系绳系统在地心惯性坐标系下的动力学方程。基于此简化模型,运用改进的标称张力控制律,优化得到系绳展开的标称轨迹;为了实现对标... 针对绳系子星远距离释放的情况,考虑展开控制机构特性、系绳弹性和质量,基于牛顿力学分析方法建立了空间系绳系统在地心惯性坐标系下的动力学方程。基于此简化模型,运用改进的标称张力控制律,优化得到系绳展开的标称轨迹;为了实现对标称轨迹的跟踪,基于考虑控制机构力限制的非典型最优准则,设计了比例微分控制器来调节张力控制量;采用文中修正控制律对空间系绳系统远距离展开过程作了数值仿真,并且依据仿真曲线分析了系绳横纵向振动特性及子星运动规律。结果表明,本文的简化模型有效地反映了空间系绳系统展开的动力学特性,且在系统实际展开过程中实现了对标称轨迹的跟踪。这为今后远距离系绳展开与控制提供了理论参考。 展开更多
关键词 空间系绳系统 标称轨迹 轨迹跟踪控制 惯性坐标系
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考虑面内外摆角对电动绳系离轨过程的参数影响分析 被引量:2
19
作者 翟光 苏飞 +1 位作者 张景瑞 张尧 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2015年第8期1837-1843,共7页
利用电动绳系实现空间碎片自主离轨有广阔的应用前景。受洛伦兹力矩和重力梯度力矩作用,绳系姿态将在当地垂线附近振荡。首先采用拉格朗日法建立电动绳系面内外姿态动力学模型;随后结合国际地磁场模型,给出洛伦兹力和洛伦兹力矩的计算方... 利用电动绳系实现空间碎片自主离轨有广阔的应用前景。受洛伦兹力矩和重力梯度力矩作用,绳系姿态将在当地垂线附近振荡。首先采用拉格朗日法建立电动绳系面内外姿态动力学模型;随后结合国际地磁场模型,给出洛伦兹力和洛伦兹力矩的计算方法;最后结合姿态动力学模型和高斯摄动方程,建立了电动绳系离轨数值仿真模型,在考虑无摆角、仅有面内摆角、有面内外摆角的条件下,对电动绳系离轨过程进行仿真对比。仿真结果说明,电动绳系姿态振荡对离轨有明显影响,只有考虑绳系姿态,才能精确预测轨道参数的变化。 展开更多
关键词 电动绳系 姿态振荡 离轨控制 轨道参数 动力学建模
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空间系留卫星系统动力学与控制 被引量:7
20
作者 于绍华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1992年第2期87-94,共8页
作为探索空间的新手段,系留卫星系统是一门处在开发中的空间技术。一个尚未解决的问题是该系统的动力学与控制的研究。本文采用状态平面方法研究动力学,并开发了柔线速率控制算法。该算法成功地解决了系留卫星系统的展开、位置保持和回... 作为探索空间的新手段,系留卫星系统是一门处在开发中的空间技术。一个尚未解决的问题是该系统的动力学与控制的研究。本文采用状态平面方法研究动力学,并开发了柔线速率控制算法。该算法成功地解决了系留卫星系统的展开、位置保持和回收等三种工作模式的运动稳定性问题与控制问题。在无质量无弹性的柔线的假设下,对该系统的二维和三维运动作了计算机模拟。 展开更多
关键词 系留卫星系统 平衡状态 稳定性
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