空间飞行动力学与控制

  • 单检验质量无拖曳卫星姿控传感器故障诊断

    毕诚;岳晓奎;党朝辉;丁一波;

    针对单一检验质量的无拖曳卫星姿控系统传感器故障,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器组的诊断方法。首先,建立了单一检验质量无拖曳卫星的系统模型,并进一步给出了无拖曳卫星中特有的重力参考传感器模型;基于所建立的系统模型设计了扩展卡尔曼滤波器组以估计系统状态,包括了一个总滤波器和四个并行的子滤波器,这些滤波器分别接收不同类型的传感数据;然后,通过多样本残差卡方检验的方法分析滤波器生成的估计残差,实现了传感器故障检测和初级故障隔离;最终,在估计残差的基础上,通过计算并比较广义似然函数值,能够进一步隔离出故障传感器的具体故障位置。仿真结果验证了所提方法的有效性。

    2023年06期 No.456 1-13+22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1775K]
  • 基于全局时空特征的非合作飞行器轨迹预测

    窦立谦;任梦圆;张秀云;宗群;

    针对非合作飞行器轨迹预测问题,传统的轨迹预测方法由于难以获取非合作飞行器的运动参数与控制模型而存在一定的局限性。基于此,提出一种基于长短期时序记忆网络和全局时空特征的非合作飞行器轨迹预测方法,该方法不依赖运动模型,具有良好的适用性。综合考虑复杂博弈环境中非合作飞行器和我方飞行器双方状态之间的相互影响,基于长短期时序记忆神经网络设计了态势网络,以获得全局时空特征表示;结合全局时空特征为各个非合作飞行器设计了预测网络,实现对其未来轨迹的有效预测。该预测方法可以通过模型分层可变的网络结构,为不同任务场景添加不同的预测网络,从而提高预测网络的适应性。仿真结果表明,所提预测方法与未考虑全局特征的预测方法相比具有更高的预测精度,且在处理多个非合作飞行器轨迹预测方面具有明显的优势和较高的准确性。

    2023年06期 No.456 14-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1430K]
  • 空间飞行器拦截隐蔽末制导律研究

    方驰;

    针对空间飞行器末段拦截目标制导过程中易被敌方雷达探测无法提高突防生存的问题,提出了一种空间拦截隐蔽滑模末制导律。该隐蔽制导律将主动蛇形机动信号与滑模制导律进行一体化设计,将视线倾角和偏角设计成两个切换面函数。在滑模面设计时,将饱和函数应用于控制函数中,并让两个视线角趋于零值,实现成功拦截目标卫星同时隐蔽飞行的任务。仿真验证了隐蔽末制导律不仅能实现飞行器隐蔽飞行,提高突防生存能力,而且能实现拦截目标精准制导效果。相比于比例制导律而言,隐蔽末制导律的优势在于提高命中敌方概率的同时提高了突防能力。

    2023年06期 No.456 23-29+52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1033K]
  • 基于事件触发的多航天器姿态协同控制方法

    张溪怡;魏才盛;王逗;代洪华;

    针对多航天器编队飞行中姿态协同控制问题,考虑姿态机动角速率幅值与通信带宽受限的情况,提出了一种基于事件触发的多航天器姿态协同保性能控制方法。在预设性能控制框架下,通过性能函数包络与同胚映射技术实现了对包含角速率幅值约束的描述与规避。基于事件触发策略,设计了自适应姿态协同保性能控制器,在保障受控姿态协同追踪误差系统瞬稳态性能基础上,降低了航天器编队飞行过程中的通信频率。通过姿态协同稳定与跟踪控制两组算例验证了所提方法的有效性。

    2023年06期 No.456 30-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2625K]
  • 面向操作月球车的高增益多项式平方和控制

    李聪;丁一波;岳晓奎;

    针对我国无人月球探测和载人月球探测对多功能月面机器人巡视勘察、资源利用等方面的需求以及机器人移动机械臂系统的非线性特点,采用平方和方法研究移动机械臂系统的控制问题,探究如何将平方和方法应用于移动机械臂控制中。对降阶后的移动机械臂拉格朗日动力学模型,进行高增益观测器和滑动模式观测器设计与仿真对比。针对传统移动机械臂多项式非线性系统控制方法存在的求解速度慢、只保证局部最优解等问题,利用平方和方法设计渐近的跟踪控制器与搜索Lyapunov函数,采用基于Rantzar准则设计的控制器,使得系统全局渐近稳定。利用观测器系统的多项式系统形式,将跟踪控制器的速度值转化为观测值,得到输出反馈控制器,仿真结果证明了控制器的有效性。

    2023年06期 No.456 42-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1082K]

跨域飞行动力学与控制

  • 基于hp-自适应伪谱法的火星上升器精确入轨优化

    王浩朋;丁一波;岳晓奎;

    针对火星表面上升器精确入轨任务场景,采用hp-自适应伪谱法对上升段轨迹进行优化。选择上升器构型为两级固液混合火箭加四个助推器,终端轨道为标准任务场景500 km圆轨道和火星环绕器所在中继椭圆轨道,得到上升时间和剩余质量以及终端轨道的实际入轨偏差。提出的上升器构型可显著减小上升段动压峰值。同时,考虑升交点赤径和近火点幅角约束的椭圆入轨情况,相比传统圆轨道可使上升器获得更高的入轨速度、更短的入轨时间以及更优的燃料消耗,并且在计算机中仿真验证耗时更短,适合实际工程应用。

    2023年06期 No.456 53-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1925K]
  • 路径/速度解耦的组合动力飞行器爬升轨迹规划方法研究

    李正洲;张子明;周正;王锋;卢盼;桂丰;

    针对组合动力飞行器爬升过程复杂、需分段制定飞行策略的特点,发展了一种飞行路径与速度解耦的爬升轨迹规划方法。该方法基于预先设定的飞行剖面,将轨迹规划分解为飞行路径规划和飞行速度规划,采用多项式曲线描述每段飞行轨迹的纵程-高度剖面,并根据期望达到的轨迹状态完成飞行路径曲线的求解,确保了飞行路径的连续与光滑性;考虑爬升过程的性能约束,建立了飞行速度与纵程、时间、高度等三种不同关联形式,对飞行路径上的规划点赋值速度,进而完成飞行轨迹所有参数求解。该方法将飞行轨迹设计问题转化为有限维参数规划问题,并可用于整个爬升轨迹的分段连续规划。对仿真算例中的组合动力飞行器爬升飞行任务进行轨迹仿真与验证,结果显示实现了定高加速、加速爬升、等动压爬升以及巡航等既定的飞行策略,完成了预先设定的飞行剖面,表明建立的“飞行路径/速度解耦”轨迹规划方法可实现组合动力飞行器整个爬升段的轨迹设计。

    2023年06期 No.456 66-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1982K]
  • 考虑执行故障的高超声速飞行器有限时间控制设计

    徐长吉;郭杰;

    针对弹性高超声速飞行器在控制层面存在外部干扰、执行机构故障等影响飞行器控制性能的问题,为实现弹性飞行器控制的有限时间收敛,提出了一种快速跟踪控制器,分别针对速度和高度采用预设性能控制方案,用以提高控制性能。在控制器研究中,提供了预先设定的瞬态和稳态跟踪误差边界用以限制超调,提高控制性能。此外,为了估计总扰动,引入了滑模观测器。同时,在高度跟踪的反向设计中将四阶系统分解,分步设计控制器,以此避免了虚拟控制器的高阶运算。为了实现控制系统的有限时间收敛,引入了非奇异快速终端滑模技术和齐次性方法来设计控制律,确保速度和高度跟踪误差在有限时间内收敛。最后,利用高超声速飞行器模型进行了仿真实验,仿真结果验证了控制器的有效性。

    2023年06期 No.456 76-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1327K]
  • 低成本无人机对地固定目标攻击方法研究

    李伟;代洪华;江腾耀;李继广;

    针对低成本无人机便捷用于打击地面固定目标的使用需求,研究了基于无人机速度矢量控制策略,通过精确跟踪预设攻击航线,实现无人机对地俯冲攻击的功能。建立了气流坐标系下风切变参数风场影响的十二状态六自由度无人机非线性动力学模型,设计了航线跟踪环路和姿态稳定环路控制器。为了克服风场干扰,通过采用自适应跟踪长度计算、具有积分项的L1制导律,以及总能量(Totel Energy Control System,TECS)方法分别实现无人机对航线横侧向、纵向的跟踪控制,利用姿态增稳和基于侧向加速反馈的转弯协调实现无人机内环的稳定控制,使无人机能够沿着规划的攻击航线向下俯冲至目标点。通过1000次的蒙特卡罗打靶仿真和给定风干扰环境下的系统仿真,其结果表明,所设计的低成本无人机飞行控制器有效地克服了侧风干扰和系统偏差,跟随航线飞行控制精度较高,最大落点均方差为2.5 m。通过无人机的航线跟踪和对地打击精度试验,其结果表明,无人机最大落点侧向偏差约6.8 m,通过上述方法使低成本无人机快速完成“机-弹”转换,实现了对地静止目标的打击效果。

    2023年06期 No.456 88-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1728K]
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