空间长方形绳网展开动力学及多参数特性分析 被引量：1

1

作者 李梦生 岳帅 +3 位作者 杜忠华 张庆展 刘洲 刘志 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期994-1004,共11页

空间绳网系统是一种针对空间碎片的柔性捕获系统,针对带有太阳翼的空间目标,提出一种用于捕获目标主体的长方形绳网。为分析其展开效果,建立有限元模型,通过对比地面试验结果来验证有限元模型的可靠性。建立长方形绳网的评价指标,并通... 空间绳网系统是一种针对空间碎片的柔性捕获系统,针对带有太阳翼的空间目标,提出一种用于捕获目标主体的长方形绳网。为分析其展开效果,建立有限元模型,通过对比地面试验结果来验证有限元模型的可靠性。建立长方形绳网的评价指标,并通过各项评价指标对比不同牵拉模式、牵引绳分布圆直径及牵引体发射角度下的绳网展开特性。结果表明:仿真结果与试验结果吻合,有限元模型可靠;在八点牵拉、十点牵拉和十二点牵拉3种模式下,十点牵拉所能达到的展开效果最好;牵引绳分布圆直径增大,所能达到的最大展开面积和保形距离减小,展开距离增大;牵引体的发射角度增大,长方形绳网的最大展开面积和保形距离增大,展开距离减小。 展开更多

关键词 空间碎片 柔性捕获 长方形绳网 太阳翼 多参数分析

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航天器快速绕飞监测的相对姿轨耦合控制 被引量：6

2

作者 张庆展 靳永强 +1 位作者 康志宇 肖余之 《航天控制》 CSCD 北大核心 2014年第2期53-59,共7页

研究了航天器空间任意方位快速绕飞与监测的相对姿轨耦合控制问题。通过合理绕飞参考系和期望姿态系的定义,将问题转化为绕飞参考系内的相对姿轨跟踪控制。通过设计航天器期望相对位置矢量和求取期望姿态运动规律,建立了符合航天器空间... 研究了航天器空间任意方位快速绕飞与监测的相对姿轨耦合控制问题。通过合理绕飞参考系和期望姿态系的定义,将问题转化为绕飞参考系内的相对姿轨跟踪控制。通过设计航天器期望相对位置矢量和求取期望姿态运动规律,建立了符合航天器空间一般物理运动规律的相对运动与姿态指向模型,并给出相应控制律。仿真中以实现与目标轨道异面的快速圆绕飞为例,同时考虑绕飞航天器初始位置不在绕飞面的情况,设计了期望相对位置矢量的运动规律,并加入指数函数引导相对姿轨平滑过渡。考虑相对姿轨控制的强耦合性,绕飞航天器采用冗余推力器配置,并引入伪逆法实现控制指令的动态分配。最后针对示例的数值和可视化仿真验证了算法的正确性。 展开更多

关键词 航天器 快速绕飞 监测 相对姿轨耦合控制 期望相对位置矢量

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在轨组装技术研究现状与发展趋势 被引量：27

3

作者 沈晓凤 曾令斌 +1 位作者 靳永强 张庆展 《载人航天》 CSCD 2017年第2期228-235,244,共9页

介绍了国内外在轨组装技术的研究现状,指出以模块化可重构航天器、大尺寸天线和光学载荷为典型目标的在轨组装技术已得到了广泛研究,提出模块及接口的通用化、提高组装效率和降低组装成本是在轨组装技术工程化应用的重点。归纳了在轨组... 介绍了国内外在轨组装技术的研究现状,指出以模块化可重构航天器、大尺寸天线和光学载荷为典型目标的在轨组装技术已得到了广泛研究,提出模块及接口的通用化、提高组装效率和降低组装成本是在轨组装技术工程化应用的重点。归纳了在轨组装的关键技术,包括结构模块化及单元设计、在轨组装平台设计、在轨组装机器人以及在轨组装综合管理等。针对我国的技术现状,提出了我国开展在轨组装技术研究所需解决的问题和未来发展建议:应重点突破模块单元及连接组件的通用化、组装操作的高精度与高效率等瓶颈问题。 展开更多

关键词 在轨组装 研究现状 发展趋势 模块化

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圆轨道航天器在轨加注任务空间燃料站部署问题 被引量：7

4

作者 朱啸宇 乔兵 +2 位作者 张庆展 靳永强 谭迎龙 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期35-43,共9页

在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视,作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务,将空间燃料站技术与多目... 在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视,作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务,将空间燃料站技术与多目标在轨加注技术相结合,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于聚类分析的在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和轨道参数之间的关系,在此基础上分析了圆轨道航天器在轨加注任务调度问题,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了圆轨道航天器在轨加注任务多目标规划模型,并采用免疫遗传算法对加注任务调度空间燃料站选址问题进行了研究。以30颗目标航天器的在轨加注任务为例进行了数值仿真,并由燃料消耗的计算结果验证了算法的有效性。 展开更多

关键词 圆轨道航天器 在轨加注 任务调度 多目标规划 聚类算法 空间燃料站

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空间快速绕飞与视线指向的建模与控制 被引量：4

5

作者 张庆展 曾占魁 +1 位作者 靳永强 赵金才 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期324-330,共7页

研究了航天器空间任意方位快速绕飞与视线指向的建模与控制问题。定义合理的绕飞参考坐标系和期望姿态坐标系,将该问题转化为绕飞参考坐标系内的XY平面运动和绕期望姿态系Y轴的姿态跟踪控制。通过引入期望相对位置矢量,建立了航天器空... 研究了航天器空间任意方位快速绕飞与视线指向的建模与控制问题。定义合理的绕飞参考坐标系和期望姿态坐标系,将该问题转化为绕飞参考坐标系内的XY平面运动和绕期望姿态系Y轴的姿态跟踪控制。通过引入期望相对位置矢量,建立了航天器空间一般相对运动与视线指向的普适模型,并设计了相应控制律。以实现与目标轨道异面的快速圆绕飞视线指向为例进行了数学仿真,仿真中绕飞航天器采用冗余推力器配置,并引入伪逆法实现了控制指令的动态分配。数学仿真结果表明了该方法的正确性。 展开更多

关键词 快速绕飞 视线指向 建模 期望相对位置矢量

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一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度模型及优化算法 被引量：3

6

作者 朱啸宇 乔兵 +2 位作者 张庆展 靳永强 谭迎龙 《四川大学学报（工程科学版）》 CSCD 北大核心 2017年第S2期186-194,共9页

基于空间燃料站的在轨加注任务作为未来轨道运输系统的新模式,为未来航天器在轨服务任务提供了有效的选择。本文针对多GEO目标航天器在轨加注任务,将空间燃料站技术与传统"一对多"在轨加注技术相结合,提出一种基于燃料站的可... 基于空间燃料站的在轨加注任务作为未来轨道运输系统的新模式,为未来航天器在轨服务任务提供了有效的选择。本文针对多GEO目标航天器在轨加注任务,将空间燃料站技术与传统"一对多"在轨加注技术相结合,提出一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度模型。模型中,考虑了服务航天器可重复利用与自身携带的燃料限制,结合轨道机动与交会问题,通过对双脉冲轨道转移的分析与求解,获得轨道转移速度增量和转移时间等目标优化参数。在此基础上,针对多目标优化问题,根据调度模型的速度增量、时间等待优化变量的对应与约束关系,面向多GEO目标航天器,设计了一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务多目标优化算法。该算法利用设置断点的方式改进了遗传算法对加注任务调度及其多目标优化问题的求解方法,获得了服务航天器在需往返燃料站时,优化的燃料消耗、服务顺序及该顺序下的时间分配策略。以10颗GEO圆轨道目标航天器的在轨加注任务为例,进行了数值仿真计算。结果表明算法能够解决加入空间燃料站对传统在轨加注任务调度的影响。 展开更多

关键词 空间燃料站 在轨加注 任务调度 遗传算法 多目标优化

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挠性航天器掠飞观测目标时的建模与控制 被引量：1

7

作者 张庆展 靳永强 +1 位作者 康志宇 肖余之 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期738-745,共8页

针对挠性航天器掠飞观测目标时的建模与控制问题,提出了一种期望姿态运动规律解析模型和输出反馈自适应滑模控制律.通过定义期望姿态坐标系,将挠性航天器掠飞观测目标时的姿态指向运动转化为坐标系旋转运动.基于绝对轨道递推,推导出其... 针对挠性航天器掠飞观测目标时的建模与控制问题,提出了一种期望姿态运动规律解析模型和输出反馈自适应滑模控制律.通过定义期望姿态坐标系,将挠性航天器掠飞观测目标时的姿态指向运动转化为坐标系旋转运动.基于绝对轨道递推,推导出其掠飞观测目标时的期望姿态运动规律解析模型,进而建立了挠性航天器观测目标时的相对姿态动力学模型.在此动力学模型基础上,考虑惯量不确定性、挠性模态不可测和未知有界干扰,基于Lyapunov稳定性原理设计了含有惯量自适应律和挠性模态观测器的滑模控制律,给出了全局渐近稳定性证明.数值仿真结果表明,所建模型和设计控制律是有效的. 展开更多

关键词 航天器 掠飞观测 期望姿态 输出反馈 自适应滑模控制

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空间目标多星多角度实时近距离三维详查研究 被引量：2

8

作者 许丹丹 张庆展 +1 位作者 张进 罗亚中 《上海航天》 CSCD 2018年第4期70-77,共8页

针对现有观测卫星近距离观测研究较少关注详查等任务特性的现状,设计分析了可实时、全覆盖、近距离观测空间目标的卫星编队构型。综合考虑绕飞相对轨道运动、传感器视场参数、旋转目标坐标转换等因素,简化了空间目标模型,将其表面进行... 针对现有观测卫星近距离观测研究较少关注详查等任务特性的现状,设计分析了可实时、全覆盖、近距离观测空间目标的卫星编队构型。综合考虑绕飞相对轨道运动、传感器视场参数、旋转目标坐标转换等因素,简化了空间目标模型,将其表面进行网格离散。分析了各网格被单颗观测卫星观测的情况,统计详查覆盖率、详查最短时间,分析不同绕飞距离对任务特性的影响;设计卫星观测光轴转动策略和多星编队协同观测策略,通过数值算例分析不同策略对卫星近距离观测任务的影响。结果表明:所设计的绕飞编队观测构型可满足实时、全覆盖观测空间目标的要求,可应用于绕飞监测、协同操作等近距离空间在轨操作任务。 展开更多

关键词 在轨操作 多星协同 近距离观测 绕飞详查 网格统计

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挠性充液航天器超近程逼近段动力学建模与控制 被引量：3

9

作者 王首喆 刘华清 +2 位作者 张庆展 靳永强 盛英华 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2017年第4期1-9,共9页

超近程逼近过程中,服务航天器为刚柔液耦合的复杂系统,单摆等液体晃动模型不再适用,对这种工况下的航天器进行了动力学建模与控制的研究。采用虚功率原理推导了一种新的适用于三轴推力作用下的液体晃动等效模型,通过引入相对位置导引矢... 超近程逼近过程中,服务航天器为刚柔液耦合的复杂系统,单摆等液体晃动模型不再适用,对这种工况下的航天器进行了动力学建模与控制的研究。采用虚功率原理推导了一种新的适用于三轴推力作用下的液体晃动等效模型,通过引入相对位置导引矢量与相对位置误差矢量,建立了相对轨道误差动力学模型,结合相对姿态动力学模型,得到超近程逼近段的刚柔液耦合的相对轨道姿态动力学模型。针对模型存在的不确定性和未知干扰,设计了基于滑模估计器的相对姿轨耦合控制律。通过数学仿真验证了控制律的有效性,仿真中的晃动结果与Flow-3D结果能够吻合,验证了晃动模型的合理性。 展开更多

关键词 在轨服务 超近程逼近 轨迹导引 刚柔液耦合 相对姿轨耦合 滑模估计器

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一种以燃耗为优化目标的航天器在轨加注作业调度 被引量：3

10

作者 谭迎龙 乔兵 +2 位作者 朱啸宇 靳永强 张庆展 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第2期143-149,共7页

针对基于空间燃料站的多目标航天器在轨加注任务,以GEO航天器为加注对象,对"多对多"模式的航天器在轨加注作业调度问题进行研究。首先以轨道转移燃耗为优化目标,考虑时间、燃料等约束条件,建立了在轨加注作业调度问题的数学... 针对基于空间燃料站的多目标航天器在轨加注任务,以GEO航天器为加注对象,对"多对多"模式的航天器在轨加注作业调度问题进行研究。首先以轨道转移燃耗为优化目标,考虑时间、燃料等约束条件,建立了在轨加注作业调度问题的数学模型。模型中,通过设计优化变量,结合多圈Lambert问题中速度增量与转移时间的关系,将航天器在轨加注作业调度问题转换成整数规划问题,在此基础上,采用遗传算法对其求解。然后以14颗GEO轨道航天器作为目标航天器进行数值仿真计算,并对仿真结果进行分析,验证解的正确性以及算法的可行性,结果表明算法能够有效地解决基于空间燃料站的在轨加注调度问题。 展开更多

关键词 在轨加注 任务调度 遗传算法 空间燃料站

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MMU推进器布置的冗余设计和分配算法 被引量：1

11

作者 尚逸帆 康志宇 +1 位作者 张庆展 杨东春 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期85-94,共10页

美国和苏联现有的舱外载人机动装置(Manned Maneuvering Unit,MMU)推进系统设计均采用两套独立系统互为备份的方式,主系统故障后可以启动备用系统,但备用系统故障则无应对方案,因此制约航天员的安全性和舱外活动能力。文章在常规主备份... 美国和苏联现有的舱外载人机动装置(Manned Maneuvering Unit,MMU)推进系统设计均采用两套独立系统互为备份的方式,主系统故障后可以启动备用系统,但备用系统故障则无应对方案,因此制约航天员的安全性和舱外活动能力。文章在常规主备份推进模式基础上提出了应急推进模式,备份推进器发生故障后,根据失效发动机组相对位置关系采用不同应急策略,剩余有效推进器通过联合控制的方式保证航天员六自由度控制。经过可行性分析和仿真计算,证明了应急模式下MMU推进能力有一定降低,但能够为航天员返回提供动力,应急推进模式具有可行性。 展开更多

关键词 舱外载人机动装置 推进器布局 冗余设计 推进器故障 控制分配算法

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服务航天器超近程逼近失控目标的建模与控制 被引量：2

12

作者 靳永强 张庆展 +1 位作者 康志宇 唐平 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期1-9,共9页

为在轨服务任务中实施对失控目标的安全逼近与对接,开展了服务航天器超近程逼近过程的动力学与控制研究。通过引入描述相对运动构型变化的期望相对位置矢量和位置误差矢量,推导了一种新颖的相对轨道误差动力学模型;考虑对接机构安装位... 为在轨服务任务中实施对失控目标的安全逼近与对接,开展了服务航天器超近程逼近过程的动力学与控制研究。通过引入描述相对运动构型变化的期望相对位置矢量和位置误差矢量,推导了一种新颖的相对轨道误差动力学模型;考虑对接机构安装位置及安装误差,并结合相对姿态动力学模型,建立了逼近过程的相对姿态轨道耦合动力学模型;根据逼近路径约束条件,设计了逼近过程的期望相对位置矢量导引律;基于相对姿态轨道一体化耦合动力学模型,设计了考虑未知有界干扰的自适应时变滑模控制律并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的全局稳定性。仿真结果表明,设计期望相对位置矢量导引律的方法能够实现逼近过程的相对运动构型变化控制,并且所设计的自适应时变滑模控制律具有较高的控制精度。 展开更多

关键词 失控目标 控制 期望相对位置矢量 服务航天器

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带挠性附件航天器在轨质量特性辨识 被引量：2

13

作者 王首喆 张庆展 +1 位作者 靳永强 盛英华 《航天控制》 CSCD 北大核心 2017年第5期9-14,36,共7页

考虑挠性附件的振动,研究了航天器在轨质量特性辨识问题。利用推力器产生激励,采用陀螺仪、加速度计和振动信号传感器作为敏感器,设计了模态滤波器提取各阶模态响应。通过交互迭代,设计了转动惯量和质心位置的辨识算法;根据加速度计原理... 考虑挠性附件的振动,研究了航天器在轨质量特性辨识问题。利用推力器产生激励,采用陀螺仪、加速度计和振动信号传感器作为敏感器,设计了模态滤波器提取各阶模态响应。通过交互迭代,设计了转动惯量和质心位置的辨识算法;根据加速度计原理,设计了质量的辨识算法。采用批量最小二乘法对算法进行求解。该算法适用于模态参数已知、任意初始状态航天器的质量特性辨识。仿真结果表明算法收敛速度快、辨识精度高。 展开更多

关键词 质量特性 挠性附件 交互迭代 模态滤波器 最小二乘法

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服务航天器主动绕飞观测的建模与控制

14

作者 王首喆 张庆展 《航天控制》 CSCD 北大核心 2020年第3期39-46,共8页

围绕服务航天器对目标任意方位绕飞观测操作,提出一种可灵活配置多种相对运动构型的绕飞建模方法。将绕飞分为过渡过程和绕飞过程2个阶段。通过对绕飞过渡过程采用S型速度曲线进行规划,使服务飞行器从任意初始方位平稳地进入绕飞平面。... 围绕服务航天器对目标任意方位绕飞观测操作,提出一种可灵活配置多种相对运动构型的绕飞建模方法。将绕飞分为过渡过程和绕飞过程2个阶段。通过对绕飞过渡过程采用S型速度曲线进行规划,使服务飞行器从任意初始方位平稳地进入绕飞平面。定义轨迹规划坐标系和期望姿态坐标系,将三维绕飞观测转化为二维轨迹设计与期望姿态解算,实现了绕飞观测的降维设计。定义期望绕飞矢量,实现绕飞构型的灵活配置。建立了相对轨道误差动力学模型,将对绕飞轨迹的跟踪控制转化为对跟踪误差的调节器设计。综合考虑轨道、姿态与挠性附件振动间的耦合作用,设计了基于模态观测器的姿轨联合控制律。数学仿真结果表明了该方法的正确性。 展开更多

关键词 绕飞观测 S型速度曲线 期望绕飞矢量 姿轨联合控制

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