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大型环柱天线卫星姿轨一体化全推进系统设计
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作者 王诗杰 孙敏哲 +3 位作者 高峰 季奕 孙光辉 董富祥 《振动与冲击》 北大核心 2025年第11期1-11,共11页
大型环柱天线卫星作为地球静止轨道上的关键空间结构,其任务是在该轨道上提供高速信息传输和稳定的通信服务。这要求卫星具备精确的轨道保持和姿态控制能力。由于此类卫星通常具有更大的质量和特殊的结构设计,该研究利用高精度轨道预报... 大型环柱天线卫星作为地球静止轨道上的关键空间结构,其任务是在该轨道上提供高速信息传输和稳定的通信服务。这要求卫星具备精确的轨道保持和姿态控制能力。由于此类卫星通常具有更大的质量和特殊的结构设计,该研究利用高精度轨道预报算法,通过精细建模分析了非球形摄动、太阳光压和三体摄动等关键空间环境因素对此类卫星空间运行的影响规律。进一步地,参考编队飞行重力场测量卫星的设计理念,该研究针对此类卫星提出了基于推力器布局优化的分布式全推力控制策略。在此基础上,还提出了一种基于Laguerre函数的改进显式模型预测控制算法,将设备能力限制和性能需求转化为输入、输出约束,结合多参数二次规划实现了对大型环柱天线卫星的姿轨一体化控制。仿真结果表明:在稳定运行期间,该卫星的位置保持误差可控制在米级范围内,姿态角误差优于0.03°,该控制算法的计算效率显著高于标准模型预测控制算法和基于Laguerre函数的模型预测控制算法,且占用的硬件内存远低于显式模型预测控制算法。通过理论分析和数值验证,该研究为算力有限的星载计算机实现大型环柱天线卫星在复杂空间环境中的全推力器集成控制提供了一种有效解决方案。 展开更多
关键词 大型环柱天线卫星 空间环境 姿轨一体化 模型预测控制 全推力设计 LAGUERRE函数
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非质心推进航天器近距离接近姿轨一体化控制
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作者 李婧涵 周荻 +2 位作者 李思远 杜润乐 刘佳琪 《宇航学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期1959-1973,共15页
针对航天器推力器布局限制以及姿轨一体化控制问题,提出了一种新型航天器推进器配置和姿轨一体化控制方案。为描述航天器平移和旋转运动的耦合效应,基于对偶四元数建立了一体化相对运动模型。随后,针对航天器近距离接近问题,设计了一种... 针对航天器推力器布局限制以及姿轨一体化控制问题,提出了一种新型航天器推进器配置和姿轨一体化控制方案。为描述航天器平移和旋转运动的耦合效应,基于对偶四元数建立了一体化相对运动模型。随后,针对航天器近距离接近问题,设计了一种适用于对偶四元数模型的模型预测控制器。进而,针对所研究的非质心推力布局航天器,提出了一种指令规划与执行方案。最后,对闭环控制系统进行仿真验证,并与其它控制方法进行了比较。结果表明,本方案中基于对偶四元数的模型预测控制系统收敛速度更快,姿态和轨道控制精度更高;并且控制指令规划与执行方法能够很好地将一般化的控制指令应用于非质心推进航天器,从而验证了本方案的可行性与有效性。 展开更多
关键词 对偶四元数 模型预测控制 推力器布局 姿轨一体化
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内编队重力场测量卫星微推力器姿轨一体化控制 被引量:1
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作者 吉莉 刘昆 项军华 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期89-94,共6页
内编队重力场测量卫星通过精密定轨和相对状态测量实现高精度高分辨率地球重力场测量。这两项技术都依赖于精密编队控制和姿态控制。稳态工作期间,要求相对位移必须控制在厘米量级内,外卫星对地定向精度优于0.1°。姿轨一体化控制... 内编队重力场测量卫星通过精密定轨和相对状态测量实现高精度高分辨率地球重力场测量。这两项技术都依赖于精密编队控制和姿态控制。稳态工作期间,要求相对位移必须控制在厘米量级内,外卫星对地定向精度优于0.1°。姿轨一体化控制的目标是利用微推力器保障稳态工作期间的科学测量。基于带推力器布局的耦合线性模型进行了内编队重力场测量卫星全推力设计。基于模型预测控制算法实现了卫星的姿轨一体化控制,仿真结果证实全推力器一体化控制方案的可行性与有效性。 展开更多
关键词 内编队 姿轨一体化控制 全推力
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一种卫星姿轨一体化模型预测容错控制方法 被引量:4
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作者 孙楚琦 肖岩 +1 位作者 叶东 孙兆伟 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期885-894,共10页
针对在轨服务机动过程中卫星推力器、飞轮执行机构性能衰减问题,提出了一种基于滚动时域估计的模型预测容错控制方法。首先给出了基于对偶四元数的卫星姿轨一体化误差动力学模型,基于此设计了适用于姿轨一体跟踪控制的显式模型预测控制... 针对在轨服务机动过程中卫星推力器、飞轮执行机构性能衰减问题,提出了一种基于滚动时域估计的模型预测容错控制方法。首先给出了基于对偶四元数的卫星姿轨一体化误差动力学模型,基于此设计了适用于姿轨一体跟踪控制的显式模型预测控制策略。然后,考虑在轨卫星推力器及飞轮执行机构的退化失效故障,设计由历史系统状态与控制序列驱动的滚动时域估计器(MHE),对故障执行机构的输出效率进行快速估计并反馈给控制器,在线实时调整控制器参数,最终完成了执行机构故障下适用于姿轨协同机动过程的模型预测容错控制设计。仿真结果表明,在设计的模型预测容错控制的作用下,系统能够快速准确地估计执行机构的故障系数,实现对期望姿轨状态的稳定跟踪控制。 展开更多
关键词 卫星控制 服务 姿轨一体化 模型预测容错控制
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基于SE(3)的航天器姿轨一体化有限时间容错控制 被引量:2
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作者 梅亚飞 廖瑛 +1 位作者 龚轲杰 郑兴宇 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期277-285,共9页
针对相对运动航天器,当执行机构出现故障以及外部干扰和系统不确定性同时存在的情形下,利用滑模控制的鲁棒性,提出了一种有限时间容错控制方法。基于李群SE(3)建立了单刚体航天器姿轨一体化模型,并在指数坐标下推导了相对运动航天器误... 针对相对运动航天器,当执行机构出现故障以及外部干扰和系统不确定性同时存在的情形下,利用滑模控制的鲁棒性,提出了一种有限时间容错控制方法。基于李群SE(3)建立了单刚体航天器姿轨一体化模型,并在指数坐标下推导了相对运动航天器误差动力学方程。设计了一类非奇异快速终端滑模面,并采用等价自适应方法设计控制器估计和补偿外总扰动,提出的容错控制算法可以不依赖于故障诊断与检测环节。运用Lyapunov方法证明了系统在故障和扰动等多约束条件下的稳定性和有限时间快速收敛性,数值仿真结果分析也验证了该容错控制器的快速性、准确性与可靠性。 展开更多
关键词 李群SE(3) 姿轨一体化 有限时间 滑模控制 容错控制
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基于扩张观测器的航天器无速度旋量信息姿轨一体化控制
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作者 范睿超 孔宪仁 +1 位作者 胡文坤 钟智雄 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第1期1-9,共9页
针对在轨飞行期间无法精确获得速度信息(角速度与质心速度)的情况,设计了基于扩张状态观测器的航天器姿轨一体化控制器.首先给出了基于对偶四元数的航天器姿轨一体运动学与动力学模型;然后针对速度旋量信息缺失的情形并考虑模型参数误... 针对在轨飞行期间无法精确获得速度信息(角速度与质心速度)的情况,设计了基于扩张状态观测器的航天器姿轨一体化控制器.首先给出了基于对偶四元数的航天器姿轨一体运动学与动力学模型;然后针对速度旋量信息缺失的情形并考虑模型参数误差与外界扰动设计了扩张状态观测器,并利用Lyapunov稳定性定理分析观测误差的有限时间收敛性;最后基于该扩张观测器设计航天器姿轨一体快速终端滑模控制器,分析该控制系统的有限时间收敛性,并进行数值仿真验证. 展开更多
关键词 姿轨一体化控制 对偶四元数 速度信息 扩张状态观测器 有限时间收敛
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