执行机构故障的航天器姿态容错控制 被引量：18

1

作者 耿云海 金荣玉 +1 位作者 陈雪芹 李冬柏 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期1186-1194,共9页

针对航天器执行机构(飞轮)故障的姿态控制问题,基于线性变参数(LPV)系统设计鲁棒变增益PID容错控制。考虑转动惯量随时间变化和执行机构乘性故障,将航天器姿态动力学转化为不确定LPV系统。设计控制器时,利用仿射二次稳定的方法降低控制... 针对航天器执行机构(飞轮)故障的姿态控制问题,基于线性变参数(LPV)系统设计鲁棒变增益PID容错控制。考虑转动惯量随时间变化和执行机构乘性故障,将航天器姿态动力学转化为不确定LPV系统。设计控制器时,利用仿射二次稳定的方法降低控制算法的保守性,引入保性能控制保证系统的鲁棒性。仿真结果表明,控制方法是有效的。 展开更多

关键词 航天器姿态控制 容错控制 执行机构故障 线性变参数(LPV) 鲁棒变增益控制

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在轨服务航天器对失控目标的姿态同步控制 被引量：8

2

作者 耿云海 卢伟 陈雪芹 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期1-6,共6页

研究在轨服务航天器逼近与捕获失控目标过程中姿态同步的控制问题,设计了一种基于姿态四元数的姿态跟踪控制算法.通过建立服务航天器相对失控目标的姿态运动学与动力学,将服务航天器跟踪失控目标航天器姿态的控制问题转化为相对姿态的... 研究在轨服务航天器逼近与捕获失控目标过程中姿态同步的控制问题,设计了一种基于姿态四元数的姿态跟踪控制算法.通过建立服务航天器相对失控目标的姿态运动学与动力学,将服务航天器跟踪失控目标航天器姿态的控制问题转化为相对姿态的控制问题.考虑未知干扰和控制力矩受限的因素,并以相对姿态四元数的二阶形式描述相对姿态动力学,利用反馈线性化原理和自适应算法的思想,设计姿态同步的非线性反馈控制律.数学仿真的结果表明,设计的控制算法是有效的,具有较好的跟踪性能. 展开更多

关键词 在轨服务 逼近与捕获 失控目标 姿态同步 非线性控制

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柔性卫星角加速度轨迹规划与振动抑制方法 被引量：4

3

作者 耿云海 侯志立 黄思萌 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期1449-1456,共8页

针对柔性卫星在快速机动过程中会激发柔性附件振动的问题,提出一种通过设计角加速度轨迹来抑制振动的方法。在存在振动频率不确定性的情况下,所规划的角加速度轨迹能够将残余振动幅值抑制在指定的范围内。类比不同幂次余弦函数激发的残... 针对柔性卫星在快速机动过程中会激发柔性附件振动的问题,提出一种通过设计角加速度轨迹来抑制振动的方法。在存在振动频率不确定性的情况下,所规划的角加速度轨迹能够将残余振动幅值抑制在指定的范围内。类比不同幂次余弦函数激发的残余振动表达式,设计一种含有多个待定系数的角加速度曲线,并根据残余振动幅值对待定系数进行约束,从而求解出所有的待定系数。这种设计方法改进了余弦函数抑制低频振动需要增加较大机动时间的问题。相比输入成型方法,所规划的轨迹光滑,增加的机动时间较短,对高频振动有着更好的抑制效果。 展开更多

关键词 柔性卫星 振动抑制 轨迹规划 频率不确定性 姿态机动

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神经网络补偿的挠性卫星敏捷姿态机动 被引量：3

4

作者 耿云海 吴炜平 马玉海 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期31-35,共5页

采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为主要执行机构,研究了挠性卫星的敏捷机动问题.首先,为挠性卫星建立带有时变参数及模型不确定性的刚柔耦合动力学模型;配置控制力矩陀螺/飞轮混合执行机构以满足敏捷卫星快速机动和高精度的任务需求.然... 采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为主要执行机构,研究了挠性卫星的敏捷机动问题.首先,为挠性卫星建立带有时变参数及模型不确定性的刚柔耦合动力学模型;配置控制力矩陀螺/飞轮混合执行机构以满足敏捷卫星快速机动和高精度的任务需求.然后,设计积分型变结构控制律,并利用神经网络补偿器逼近不确定项,消除卫星挠性耦合特性和模型不确定性对系统的影响.最后,对算法进行了仿真验证.结果表明所设计的控制系统能够在执行机构不产生奇异的前提下,有效地抑制挠性附件的振动,使卫星在外界干扰及模型不确定性的影响下,快速达到要求的指向精度和稳定度. 展开更多

关键词 挠性敏捷卫星 积分型变结构 振动抑制 神经网络

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挠性飞行器的脉冲调制控制 被引量：3

5

作者 耿云海 崔祜涛 杨涤 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第4期37-43,共7页

三轴稳定控制是大挠性飞行器有效和重要的姿态控制方式，喷嘴控制是实现三轴稳定控制的手段之一。本文针对伪速率调制器（ＰＳＲＭ）和脉冲调宽调频调制器（ＰＷＰＦＭ），采用非线性脉冲调制器线性化和描述函数两种方法来分析大挠性航... 三轴稳定控制是大挠性飞行器有效和重要的姿态控制方式，喷嘴控制是实现三轴稳定控制的手段之一。本文针对伪速率调制器（ＰＳＲＭ）和脉冲调宽调频调制器（ＰＷＰＦＭ），采用非线性脉冲调制器线性化和描述函数两种方法来分析大挠性航天飞行器的姿态稳定性问题，并对某型卫星的远地点点火姿态控制系统进行了分析和仿真。 展开更多

关键词 挠性飞行器 脉冲调制控制 描述函数 极限环

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使用混合执行机构的快速机动卫星力矩分配算法 被引量：3

6

作者 耿云海 侯志立 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期611-616,共6页

针对单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)存在奇异和单框架控制力矩陀螺(SGCMG)存在框架转速死区的问题,研究了SGCMG与飞轮联合作为执行机构的控制力矩分配算法,以SGCMG功耗、飞轮功耗和飞轮角动量的二次型加权矩阵求和为性能指标,提出了一种... 针对单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)存在奇异和单框架控制力矩陀螺(SGCMG)存在框架转速死区的问题,研究了SGCMG与飞轮联合作为执行机构的控制力矩分配算法,以SGCMG功耗、飞轮功耗和飞轮角动量的二次型加权矩阵求和为性能指标,提出了一种形式简洁的混合执行机构力矩分配算法,通过分析,证明该分配算法能够有效的避免SGCMGs的奇异;设计了一种SGCMG功耗加权矩阵的调节策略,解决了SGCMG陷入转速死区的问题,设计了一种飞轮角动量加权矩阵的调节策略,通过对加权矩阵的实时调节实现了对飞轮角动量的管理,解决了飞轮转速的饱和与过零问题。数学仿真结果验证了该力矩分配算法的有效性。 展开更多

关键词 快速机动 混合执行机构 力矩分配算法 单框架控制力矩陀螺 飞轮 角动量管理

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喷嘴控制脉冲调制器非线性特性分析 被引量：1

7

作者 耿云海 崔祜涛 +3 位作者 杨涤 佘海鹰 李志 曲广吉 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 1998年第2期168-173,共6页

本文针对伪速率和脉冲调宽调频两种非线性脉冲调制器，利用频域理论讨论和分析非线性特性，描述函数采用数值解法和半解析法联合求取，较好地表述了这种非线性特性．

关键词 喷嘴控制 脉冲调制 描述函数 航天器 姿态控制

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描述函数理论及其在航天中的应用 被引量：1

8

作者 耿云海 崔祜涛 +1 位作者 杨旭 杨涤 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第6期42-45,49,共5页

在分析非线性系统时，描述函数作为一种古典的频域方法，具有许多优点。描述函数分析准则的修正赋予描述函数理论新的内涵，并为挠性航天器非线性喷嘴控制系统设计分析提供了一种有效手段，以谐波描述函数理论为基础，探讨了脉冲调制器... 在分析非线性系统时，描述函数作为一种古典的频域方法，具有许多优点。描述函数分析准则的修正赋予描述函数理论新的内涵，并为挠性航天器非线性喷嘴控制系统设计分析提供了一种有效手段，以谐波描述函数理论为基础，探讨了脉冲调制器描述函数的区域线性化，并对挠性航天器的姿态控制系统进行设计、分析，使航天器的姿态控制系统满足稳定性、控制精度等性能，并具有一定的鲁棒稳定性。 展开更多

关键词 非线性控制 脉冲调制 描述函数 航天 姿态控制

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利用零运动避免SGCMG框架轴转速死区的方法 被引量：3

9

作者 耿云海 侯志立 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期418-424,共7页

研究了应用SGCMG零运动避免框架轴转速死区的方法。利用奇异值分解的方法对SGCMG的零运动进行分析,提取正交的零空间基底与各个基底对应的坐标值。以SGCMG零运动尽量远离零为原则选取性能指标,令性能指标取极小,求解出零空间基底坐标方... 研究了应用SGCMG零运动避免框架轴转速死区的方法。利用奇异值分解的方法对SGCMG的零运动进行分析,提取正交的零空间基底与各个基底对应的坐标值。以SGCMG零运动尽量远离零为原则选取性能指标,令性能指标取极小,求解出零空间基底坐标方向的单位列阵。以每一个SGCMG的框架轴转速均大于死区转速为准则,给出了选取零空间基底坐标列阵模长的方法。设计SGCMG零空间基底坐标的调节策略,能使得SGCMG长时间运行在框架轴转速死区外。最后给出含有卫星姿态控制系统的仿真实例,校验了所设计零运动的有效性。 展开更多

关键词 SGCMG 零运动 框架轴转速 死区

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改进Twisting算法的相对位姿耦合控制 被引量：1

10

作者 耿云海 陈炳龙 梁海朝 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期6-14,共9页

为实现对非合作目标航天器进行在轨服务,将Twisting算法与线性补偿项相结合,设计相对位置与姿态耦合的二阶滑模控制器.以航天器对接端口间耦合相对运动模型为基础,设计两种滑模平面的改进Twisting控制器.选取严格李雅普诺夫函数,证明所... 为实现对非合作目标航天器进行在轨服务,将Twisting算法与线性补偿项相结合,设计相对位置与姿态耦合的二阶滑模控制器.以航天器对接端口间耦合相对运动模型为基础,设计两种滑模平面的改进Twisting控制器.选取严格李雅普诺夫函数,证明所设计的改进Twisting控制器对有界干扰具有有限时间收敛的特性,并估计出收敛时间的上界.设计数学仿真,将其与标准Twisting算法进行对比,验证所设计的二阶滑模控制器对模型不确定性及有界干扰具有较强的鲁棒性,并能够有效抑制执行机构的震颤. 展开更多

关键词 航天器在轨服务 Twisting算法 线性补偿 滑模平面 严格李雅普诺夫函数

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军用仿真技术应用的现状与发展 被引量：2

11

作者 耿云海 井卫东 +1 位作者 栾泽威 杨涤 《航空兵器》 1996年第2期10-16,共7页

军用仿真是现代高科技发展的关键技术之一,在国防和民用上具有巨大的发展潜力和很强的实用价值。国外某些发达国家,以其先进的科技和综合国力为现代军用仿真技术提供了高速发展的动力。本文综述了仿真技术的一些基本知识和在航空航天中... 军用仿真是现代高科技发展的关键技术之一,在国防和民用上具有巨大的发展潜力和很强的实用价值。国外某些发达国家,以其先进的科技和综合国力为现代军用仿真技术提供了高速发展的动力。本文综述了仿真技术的一些基本知识和在航空航天中的应用。 展开更多

关键词 军用仿真 仿真技术 应用

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轮控式欠驱动卫星视线轴稳定控制

12

作者 耿云海 宋道喆 +1 位作者 王爽 孙瑞 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期57-65,共9页

针对轮控式欠驱动卫星在系统初始角动量不为零时,不能通过定常光滑控制率稳定至任意平衡点的问题,通过对星本体某一视线轴惯性指向作约束,得到卫星可达到的某一稳定状态,并设计非线性奇异控制器,使系统从任意初始状态渐近稳定至目标点... 针对轮控式欠驱动卫星在系统初始角动量不为零时,不能通过定常光滑控制率稳定至任意平衡点的问题,通过对星本体某一视线轴惯性指向作约束,得到卫星可达到的某一稳定状态,并设计非线性奇异控制器,使系统从任意初始状态渐近稳定至目标点。数学仿真结果表明,控制器在满足系统角动量守恒的前提下,能够使视线轴快速运动并稳定至目标点,即视线轴与目标轴之间的夹角最小;同时,该控制器对初始姿态不敏感,在大小初始角动量的情况下都能很好地完成控制任务。 展开更多

关键词 欠驱动 视线轴 非线性 奇异控制器 姿态控制

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空间交会寻的最优轨道机动 被引量：23

13

作者 荆武兴 耿云海 +1 位作者 杨旭 吴瑶华 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 1998年第2期22-27,共6页

研究了交会寻的阶段的燃料优化问题。在经典Ｃ－Ｗ方法基础上，导出了考虑第一次脉冲位置的双脉冲寻的燃料优化方法。当寻的时间给定时，优化变量为第一次脉冲启动的时刻；当寻的时间不定时，优化变量为第一次脉冲启动的时刻和寻的时间... 研究了交会寻的阶段的燃料优化问题。在经典Ｃ－Ｗ方法基础上，导出了考虑第一次脉冲位置的双脉冲寻的燃料优化方法。当寻的时间给定时，优化变量为第一次脉冲启动的时刻；当寻的时间不定时，优化变量为第一次脉冲启动的时刻和寻的时间。仿真结果表明，考虑和不考虑第一次脉冲位置，燃料消耗差别悬殊。对于地面站较少、要求寻的时间比较长的情况，该方法有重要意义。 展开更多

关键词 航天器 交会 轨道机动 燃料消耗量 优化 对接

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基于混合H_2H_∞的集成故障诊断与容错控制研究 被引量：13

14

作者 陈雪芹 耿云海 +1 位作者 张世杰 张迎春 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期890-896,902,共8页

研究了一类线性不确定系统的集成故障诊断与容错控制。针对执行机构和敏感器故障,考虑故障诊断结果的不确定性与系统参数的不确定性,分别采用H2和H∞范数作为系统故障诊断和容错控制的性能指标,设计输出反馈混合H2/H∞控制律,运用线性... 研究了一类线性不确定系统的集成故障诊断与容错控制。针对执行机构和敏感器故障,考虑故障诊断结果的不确定性与系统参数的不确定性,分别采用H2和H∞范数作为系统故障诊断和容错控制的性能指标,设计输出反馈混合H2/H∞控制律,运用线性矩阵不等式(LMI)方法求解集成故障诊断与容错控制问题。最后,建立卫星闭环姿态控制系统对算法进行了仿真验证,仿真结果验证了方法的有效性。 展开更多

关键词 集成故障诊断与容错控制 混合H2/H∞ 线性矩阵不等式 卫星 姿态控制

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基于控制有效性因子的卫星姿态控制系统在轨重构容错控制 被引量：7

15

作者 陈雪芹 张迎春 +1 位作者 耿云海 李化义 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期94-98,共5页

研究了在轨卫星姿态控制系统发生可修复性故障状况下的重构容错控制。首先在星敏感器对陀螺的标定模型中引入控制有效性因子,并利用二级卡尔曼滤波算法求解其值,以说明系统的控制有效程度。然后采用统计假设检验通过其幅值变化判断系统... 研究了在轨卫星姿态控制系统发生可修复性故障状况下的重构容错控制。首先在星敏感器对陀螺的标定模型中引入控制有效性因子,并利用二级卡尔曼滤波算法求解其值,以说明系统的控制有效程度。然后采用统计假设检验通过其幅值变化判断系统是否存在故障,当故障发生时,引入重构容错控制器对原控制器进行补偿控制。最后,建立卫星闭环姿态控制系统对算法进行了仿真验证,仿真结果表明该算法快速可靠,能够满足在轨卫星姿态控制系统故障状况下的性能要求。 展开更多

关键词 在轨标定 二级卡尔曼滤波 控制有效性因子 重构 容错控制

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敏捷小卫星姿态控制律和操纵律一体化设计 被引量：7

16

作者 陈雪芹 王峰 +1 位作者 耿云海 曹喜滨 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期7-11,共5页

研究了以控制力矩陀螺(CMG)为执行机构的敏捷小卫星姿态控制系统控制律和操纵律的一体化设计.首先,采用4个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)构成典型的金字塔构型的CMG,并根据CMG的框架轴轴承会逐步退化建立CMG动力学模型.然后,基于自适应控... 研究了以控制力矩陀螺(CMG)为执行机构的敏捷小卫星姿态控制系统控制律和操纵律的一体化设计.首先,采用4个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)构成典型的金字塔构型的CMG,并根据CMG的框架轴轴承会逐步退化建立CMG动力学模型.然后,基于自适应控制思想,设计控制律和操纵律一体化的控制器,同时考虑到为避免CMG奇异性影响,基于Lyapunov理论证明其组成的闭环系统渐近稳定.最后,通过建立敏捷小卫星闭环姿态控制系统对算法进行仿真验证,仿真结果表明该算法简单有效,能够实现敏捷小卫星快速姿态机动. 展开更多

关键词 敏捷卫星 控制力矩陀螺 操纵律 姿态机动

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零角动量欠驱动航天器逆最优稳定控制律设计 被引量：11

17

作者 宋道喆 耿云海 易涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期729-736,共8页

研究轮控式零角动量欠驱动航天器姿态最优稳定控制问题。考虑到该类型航天器不存在定常光滑稳定控制律的特点,通过Lyapunov直接法和Backstepping方法设计了一种非线性不连续反馈控制律,同时得到控制Lyapunov函数(CLF),并由此得到逆最优... 研究轮控式零角动量欠驱动航天器姿态最优稳定控制问题。考虑到该类型航天器不存在定常光滑稳定控制律的特点,通过Lyapunov直接法和Backstepping方法设计了一种非线性不连续反馈控制律,同时得到控制Lyapunov函数(CLF),并由此得到逆最优稳定控制律。该控制律可以避开求解Hamilton-Jacobi方程,最小化某一代价函数,同时具有扇形稳定裕度,对输入不确定性具有一定的鲁棒性。数学仿真结果表明,所设计的非线性不连续反馈控制律能够使姿态渐近稳定至平衡点,并具有最优性,以及在转动惯量存在不确定性时,扇形稳定裕度使系统具有一定的鲁棒性。 展开更多

关键词 零角动量 欠驱动航天器 逆最优控制 姿态控制 扇形稳定裕度

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小卫星姿控与星务管理的一体化设计 被引量：5

18

作者 廖明宏 耿云海 +1 位作者 吴翔虎 程光明 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2001年第2期31-36,共6页

介绍一种将姿控系统和星务管理系统融为一体的设计思想 ,它节约了星载机资源 ,提高了系统信息处理的实时性 ,很好地体现了小卫星的质量轻、体积小、成本低的优势。对姿控系统的硬件组成、卫星的飞行模式和控制策略、星务管理软件的体系... 介绍一种将姿控系统和星务管理系统融为一体的设计思想 ,它节约了星载机资源 ,提高了系统信息处理的实时性 ,很好地体现了小卫星的质量轻、体积小、成本低的优势。对姿控系统的硬件组成、卫星的飞行模式和控制策略、星务管理软件的体系结构和总体设计思想、姿控软件和星务管理软件的接口设计等内容做了重点讨论。 展开更多

关键词 姿态控制 星务管理 小型卫星 一体化设计

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卫星姿态容错控制系统的鲁棒自适应逆最优控制 被引量：4

19

作者 陈雪芹 耿云海 +1 位作者 王峰 张迎春 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期35-41,共7页

针对卫星姿态控制系统中的执行机构和敏感器故障问题,将系统不确定性参数作为在线估计自适应参数,并考虑系统故障检测与诊断结果的不确定性,基于逆最优原理采用积分反推方法求解辅助系统的自适应控制Lyapunov函数,设计了能够确保原系统... 针对卫星姿态控制系统中的执行机构和敏感器故障问题,将系统不确定性参数作为在线估计自适应参数,并考虑系统故障检测与诊断结果的不确定性,基于逆最优原理采用积分反推方法求解辅助系统的自适应控制Lyapunov函数,设计了能够确保原系统鲁棒稳定的自适应逆最优控制器并给出了详细的证明。最后进行了数学仿真,仿真结果表明文中设计的容错控制方法合理有效。 展开更多

关键词 逆最优 积分反推 鲁棒容错控制 自适应控制 卫星姿态控制

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在轨服务航天器任意轨道主动绕飞 被引量：4

20

作者 王峰 陈雪芹 +1 位作者 曹喜滨 耿云海 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期6-10,共5页

针对在轨服务航天器对目标器进行全方位监测和抢修要求,根据速度脉冲转移算法进行了在轨服务航天器任意轨道的主动绕飞.文中将绕飞轨道周期分为N份,在每份时间内采用速度脉冲转移算法实现预定位置点间位置转移,进而完成整个预定轨道绕飞... 针对在轨服务航天器对目标器进行全方位监测和抢修要求,根据速度脉冲转移算法进行了在轨服务航天器任意轨道的主动绕飞.文中将绕飞轨道周期分为N份,在每份时间内采用速度脉冲转移算法实现预定位置点间位置转移,进而完成整个预定轨道绕飞.接着进行了算法的误差分析,给出了实际选择最少脉冲数的方法以满足预定轨道制导精度.最后进行任意轨道主动绕飞的数学仿真.仿真结果表明该制导算法较常规算法节省能量,能有效地完成任意轨道的主动绕飞. 展开更多

关键词 速度脉冲 转移 主动绕飞 在轨服务航天器

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