航天器姿态控制的区间参数化方法 被引量：1

1

作者 汪洋 龚薇 +2 位作者 张江伟 余琪 朱勃帆 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2020年第5期59-64,72,共7页

考虑一类航天器姿态最优控制问题,通过控制参数化的方法和约束转录的方法,将航天器姿态最优控制问题转化为最优参数选择问题.提出一种新的区间时间变换方法用于解决最优参数选择问题的切换时间点的计算问题.将时间切换点按顺序分为一系... 考虑一类航天器姿态最优控制问题,通过控制参数化的方法和约束转录的方法,将航天器姿态最优控制问题转化为最优参数选择问题.提出一种新的区间时间变换方法用于解决最优参数选择问题的切换时间点的计算问题.将时间切换点按顺序分为一系列子集,将每个集合的所在的时域宽度作为决策变量进行优化,每个子集内的切换时间点将会随着此决策变量线性变化.由此,控制值将分布在数个稠密或稀疏的区间内,而不是由均分的分段常值函数表示.相比于全时间节点优化技术,此方法有效的降低了需要计算的决策变量的数量,增加了算法的执行效率. 展开更多

关键词 控制参数化 航天器姿态控制 时间变换 约束转录

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航天器姿态控制输入饱和问题综述 被引量：10

2

作者 王靓玥 郭延宁 +1 位作者 马广富 刘魏林 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期11-21,共11页

针对航天器姿态控制输入饱和问题的解决方法进行了梳理和归纳,将技术途径主要分为三类,对每一类中具体方法的设计思想、数学形式及工作特征进行了分析与比较,总结得出特点、效果效用以及适用范围,主要有:1)控制律整体考虑饱和类:如饱和... 针对航天器姿态控制输入饱和问题的解决方法进行了梳理和归纳,将技术途径主要分为三类,对每一类中具体方法的设计思想、数学形式及工作特征进行了分析与比较,总结得出特点、效果效用以及适用范围,主要有:1)控制律整体考虑饱和类:如饱和函数法、限幅函数法、切换函数法、抗饱和控制等。由于可高效发挥执行机构能力,但形式复杂,适用于对调节时间有要求、计算能力强的航天器快速姿态机动任务;2)控制律各项分别考虑饱和类:如类PD控制、反步法等。由于设计简单,但执行机构不能充分利用,适合对调节时间无要求或低成本小卫星的姿态调节任务;3)考虑饱和约束的优化类:如时间/能量/燃料最优控制及混合指标最优等。由于可用于多约束指标最优问题,但计算量大且依赖精确数学模型,适合于大型航天器的最优姿态机动任务或未来航天器控制任务。本文工作以期为实际任务提供有效支撑。 展开更多

关键词 航天器姿态控制 输入饱和 限幅函数 类PD控制 最优化

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一种基于2DOF H_∞控制器的航天器姿态控制方法 被引量：2

3

作者 梁红义 张锦江 《空间控制技术与应用》 2010年第2期42-46,共5页

研究某航天器俯仰轴姿态的二自由度鲁棒控制问题.首先分析俯仰轴系统中存在的主要不确定性,建立系统的结构与非结构不确定模型;然后将二自由度鲁棒控制方法应用于俯仰轴系统中设计H∞控制器,由于得到的H∞控制器阶次过高,对其进行降阶处... 研究某航天器俯仰轴姿态的二自由度鲁棒控制问题.首先分析俯仰轴系统中存在的主要不确定性,建立系统的结构与非结构不确定模型;然后将二自由度鲁棒控制方法应用于俯仰轴系统中设计H∞控制器,由于得到的H∞控制器阶次过高,对其进行降阶处理;最后进行仿真验证.结果表明该控制器对干扰力矩和参数不确定性的影响具有良好的鲁棒稳定性. 展开更多

关键词 二自由度鲁棒控制 H∞控制 航天器姿态控制 鲁棒稳定性

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面向椭圆轨道的航天器混合最优姿态控制

4

作者 曹家璐 郎啸宇 +1 位作者 刘向东 陈振 《空间科学学报》 北大核心 2025年第2期579-587,共9页

航天器在姿态控制过程中,纯磁控在提供控制力矩时存在欠驱动和控制能力有限的问题.本文提出在使用磁力矩器之外合理地加入脉冲推力器,即混合使用连续和离散控制力矩完成航天器的姿态控制任务.基于这种力矩施加方式,设计一种面向椭圆轨... 航天器在姿态控制过程中,纯磁控在提供控制力矩时存在欠驱动和控制能力有限的问题.本文提出在使用磁力矩器之外合理地加入脉冲推力器,即混合使用连续和离散控制力矩完成航天器的姿态控制任务.基于这种力矩施加方式,设计一种面向椭圆轨道航天器的混合线性二次型(Linear Quadratic Regulator,LQR)姿态控制方法.通过研究椭圆轨道上磁控能力随着椭圆轨道偏心率的变化趋势,找出椭圆轨道上纯磁控制能力最低的时刻,并在此时施加合适的脉冲,使得系统需要的控制增益通过离散脉冲的加入得到一定的补偿.仿真结果表明,面向椭圆轨道航天器的混合线性二次型控制方法在姿态控制效果上具有良好表现. 展开更多

关键词 最优混合控制 椭圆轨道 磁力矩器 脉冲推力器 航天器姿态控制

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航天器固定时间姿态饱和控制

5

作者 肖超 郭永 +3 位作者 邸富强 王力浩 李爱军 王长青 《宇航学报》 北大核心 2025年第1期141-149,共9页

针对面临未知外部扰动与执行器饱和约束的航天器姿态控制系统,提出了一种鲁棒自适应抗饱和固定时间控制策略,解决了航天器在外部扰动与执行器饱和约束下的姿态跟踪控制问题。首先,基于齐次性理论,设计了一种可在固定时间内收敛到零的非... 针对面临未知外部扰动与执行器饱和约束的航天器姿态控制系统,提出了一种鲁棒自适应抗饱和固定时间控制策略,解决了航天器在外部扰动与执行器饱和约束下的姿态跟踪控制问题。首先,基于齐次性理论,设计了一种可在固定时间内收敛到零的非奇异全阶终端滑模面。然后,结合所提出的滑模面与自适应控制,设计了一种鲁棒自适应抗饱和控制器,可确保航天器系统状态在固定时间内完成对期望指令的跟踪。最后,通过理论分析和数值仿真验证了所提出控制策略的有效性,其可为外部扰动与执行器饱和约束下航天器的姿态跟踪提供高精度控制方法。 展开更多

关键词 航天器姿态控制 执行器饱和 固定时间控制 终端滑模控制 自适应控制

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执行机构故障的航天器姿态容错控制 被引量：19

6

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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基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架 被引量：15

7

作者 周黎妮 唐国金 罗亚中 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第10期2517-2520,2524,共5页

搭建了基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架;基于该框架和非线性控制设计模块完成了一类带动量轮机构的航天器PD姿态控制器参数优化设计与姿态仿真研究。研究结果表明:1)基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制... 搭建了基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架;基于该框架和非线性控制设计模块完成了一类带动量轮机构的航天器PD姿态控制器参数优化设计与姿态仿真研究。研究结果表明:1)基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架具有可重用性好、继承性强的优点;2)非线性控制设计模块可以有效地完成非线性系统控制器参数优化设计。 展开更多

关键词 MATLAB/SIMULINK 航天器姿态控制 非线性控制设计模块 仿真 PD控制器参数优化

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航天器姿态的神经网络动态逆控制 被引量：6

8

作者 王彪 唐超颖 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期246-249,共4页

针对航天器姿态系统,提出了一种基于自适应神经网络动态逆的控制算法。该算法针对滚转、俯仰和偏航三个姿态子系统,设计了两组神经网络:第一组是BP网络,用来逼近三个姿态通道的非线性项,可获得姿态逆模型;第二组是非线性自适应神经网络... 针对航天器姿态系统,提出了一种基于自适应神经网络动态逆的控制算法。该算法针对滚转、俯仰和偏航三个姿态子系统,设计了两组神经网络:第一组是BP网络,用来逼近三个姿态通道的非线性项,可获得姿态逆模型;第二组是非线性自适应神经网络,用于在线实时地补偿逆模型存在的误差和外加干扰。详细分析了非线性自适应神经网络的拓扑结构、学习规则和调整算法。给出了应用该算法的具体实例,通过仿真实验证明该算法的有效性。 展开更多

关键词 自适应控制 神经网络 航天器姿态控制

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基于控制力矩陀螺的航天器功率最优姿态控制 被引量：2

9

作者 李兵科 于延波 +2 位作者 王蜀泉 谭永华 岳文龙 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2023年第1期30-39,共10页

本文研究基于控制力矩陀螺利用零子空间的航天器姿态控制功率优化问题.航天器采用4个为一组的控制力矩陀螺(CMG)作为姿态控制执行机构.对于N-CMG(N≥4)组而言,如非进入奇异构型,控制的解空间存在一维自由度的零运动.利用该自由度,根据... 本文研究基于控制力矩陀螺利用零子空间的航天器姿态控制功率优化问题.航天器采用4个为一组的控制力矩陀螺(CMG)作为姿态控制执行机构.对于N-CMG(N≥4)组而言,如非进入奇异构型,控制的解空间存在一维自由度的零运动.利用该自由度,根据设定的功率函数,可通过局部优化算法在零运动空间求解功率最优解.将该功率最优化算法分别应用于姿态跟踪任务与姿态稳定任务,仿真结果表明,这种功率最优算法对姿态稳定任务具有更好的功率优化效果. 展开更多

关键词 控制力矩陀螺(CMG) 功率最优 航天器姿态控制

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带VSCMGs的航天器姿态稳定及功率补偿控制 被引量：3

10

作者 田林 徐世杰 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期201-205,共5页

基于变速控制力矩陀螺群动力学模型建立其复合控制方程和分系统解耦约束方程,用矩阵投影方法同步设计得到航天器姿态与能量一体控制复合操纵律,利用Lyapunov方法分析了转子轴向惯量误差对姿态控制分系统的影响.根据飞轮转子轴向惯量与... 基于变速控制力矩陀螺群动力学模型建立其复合控制方程和分系统解耦约束方程,用矩阵投影方法同步设计得到航天器姿态与能量一体控制复合操纵律,利用Lyapunov方法分析了转子轴向惯量误差对姿态控制分系统的影响.根据飞轮转子轴向惯量与功率输出之间的误差关系设计出功率控制补偿器.复合操纵律中的力矩和功率两解形式相同,约束方程使得姿态与能量控制两分系统解耦,便于进行考虑执行机构特性的闭环控制系统性能分析.考虑飞轮转子轴向惯量误差时,姿态控制分系统的输出耗散特性使其能够保持稳定,而功率控制分系统输出误差与转子轴向惯量误差成比例关系,经过补偿后功率输出能满足控制要求. 展开更多

关键词 航天器姿态控制 变速控制力矩陀螺群 LYAPUNOV方法 功率补偿

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基于二阶滑模的刚体航天器姿态跟踪控制

11

作者 林壮 段广仁 宋申民 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期346-350,共5页

针对存在参数不确定性和外加干扰的刚体航天器的姿态跟踪控制问题,提出一种基于二阶滑模的姿态跟踪控制方法。首先介绍高阶滑模控制基本原理,并建立基于修正罗德里格参数(modified Rodrigues parame-ter,MRP)描述的航天器数学模型,采用... 针对存在参数不确定性和外加干扰的刚体航天器的姿态跟踪控制问题,提出一种基于二阶滑模的姿态跟踪控制方法。首先介绍高阶滑模控制基本原理,并建立基于修正罗德里格参数(modified Rodrigues parame-ter,MRP)描述的航天器数学模型,采用李雅普诺夫第二法推导二阶滑模姿态控制律。理论分析和仿真结果表明该方法能够有效消除系统抖振,并实现航天器姿态跟踪的精确定位,且系统具有全局稳定性和鲁棒性。 展开更多

关键词 二阶滑模 航天器姿态控制 姿态跟踪 修正罗德里格参数

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航天器姿态稳定的自适应有限时间控制 被引量：2

12

作者 高计委 蔡远利 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期275-280,共6页

针对刚体航天器姿态控制问题,设计了有限时间状态反馈控制律。考虑存在惯性不确性和外部扰动条件下,采用四元数将姿态系统模型转化为Lagrange模型,并且首次将其以状态空间形式表示。其次,基于齐次性理论来设计标称控制器,在此基础上利... 针对刚体航天器姿态控制问题,设计了有限时间状态反馈控制律。考虑存在惯性不确性和外部扰动条件下,采用四元数将姿态系统模型转化为Lagrange模型,并且首次将其以状态空间形式表示。其次,基于齐次性理论来设计标称控制器,在此基础上利用自适应滑模方法抑制总不确定进而使姿态系统能够在有限时间内收敛到原点,并且利用Lyapunov理论对其进行证明。该算法不需要事先获得总不确定的边界,对实际问题具有很好的实用性和有效性。数值仿真对比表明,此方法具有较快的收敛速度、较高的控制精度及较强的鲁棒性。 展开更多

关键词 航天器姿态控制 有限时间稳定 鲁棒性 自适应滑模

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网络化航天器弹性姿态跟踪控制 被引量：2

13

作者 于洋 陈哲 袁源 《指挥与控制学报》 CSCD 2023年第2期164-174,共11页

针对网络化航天器姿态弹性跟踪控制问题,借鉴主动抗干扰控制思想,设计攻击检测机制对控制器端到执行器端网络攻击进行监测,利用网络通道传输信息设计两个自适应观测器,在抑制内部噪声的同时对外界扰动及恶意攻击信号进行实时估计.采用... 针对网络化航天器姿态弹性跟踪控制问题,借鉴主动抗干扰控制思想,设计攻击检测机制对控制器端到执行器端网络攻击进行监测,利用网络通道传输信息设计两个自适应观测器,在抑制内部噪声的同时对外界扰动及恶意攻击信号进行实时估计.采用多前馈与反馈相结合的方式设计复合抗干扰及抗攻击控制器,抵消扰动及攻击对系统性能的影响,提升网络化航天器系统的安全性及稳定性. 展开更多

关键词 航天器姿态控制 自适应观测器 弹性控制 抗干扰控制

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航天器控制的现状与未来 被引量：16

14

作者 吴宏鑫 谈树萍 《空间控制技术与应用》 2012年第5期1-7,共7页

航天器控制技术是决定航天器发展水平的关键技术之一.针对不同航天活动对航天器控制的特殊要求,分析了高性能卫星、载人航天器、月球探测器和深空探测器等航天器控制的现状.杨嘉墀院士指出航天器控制必将走向智能自主控制之路.进一步提... 航天器控制技术是决定航天器发展水平的关键技术之一.针对不同航天活动对航天器控制的特殊要求,分析了高性能卫星、载人航天器、月球探测器和深空探测器等航天器控制的现状.杨嘉墀院士指出航天器控制必将走向智能自主控制之路.进一步提出,航天器智能自主控制应秉承"理论方法、系统结构、器部件要同步研究"的思想和方法.从目前应用情况看,北京控制工程研究所提出的基于特征模型的智能自适应控制方法是大有前途的方法. 展开更多

关键词 航天器姿态与轨道控制 智能自主控制 特征模型 智能自适应控制

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基于1D-CNN的卫星姿态控制系统故障诊断方法 被引量：6

15

作者 闻新 龙弟之 +1 位作者 王俊鸿 魏炳翌 《兵工自动化》 2020年第7期1-6,共6页

为解决卫星姿态控制系统中自主故障检测和诊断的问题,提出一种改进的1D-CNN卫星姿态控制系统故障诊断方法。以卫星姿态控制系统的故障诊断为背景,构建航天器姿态动力学模型,将卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)与快速卷... 为解决卫星姿态控制系统中自主故障检测和诊断的问题,提出一种改进的1D-CNN卫星姿态控制系统故障诊断方法。以卫星姿态控制系统的故障诊断为背景,构建航天器姿态动力学模型,将卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)与快速卷积算法相结合,对卷积神经网络的拓扑结构进行改进,根据BP算法,将1维原始数据作为输入,结合反作用飞轮作为执行机构的技术特征,给出一种基于卷积神经网络的故障检测和隔离方法。仿真结果验证了该方法对卫星姿态控制系统实时故障检测和分类的有效性。 展开更多

关键词 故障诊断 卷积神经网络 航天器姿态控制系统 反作用飞轮

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基于多频H_∞最优观测器的航天器故障诊断

16

作者 王宇雷 李传江 +1 位作者 马广富 张德新 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2010年第3期443-446,共4页

针对航天器姿态控制系统中的陀螺故障,利用控制输入信息,依据故障信号频率,使用LMI分别设计多组H∞最优故障观测器。该方法无需其他测量校验,能够克服传统诊断方法对星敏感器的依赖;同时扩展H∞观测器的设计自由度,降低惯量不确定性对... 针对航天器姿态控制系统中的陀螺故障,利用控制输入信息,依据故障信号频率,使用LMI分别设计多组H∞最优故障观测器。该方法无需其他测量校验,能够克服传统诊断方法对星敏感器的依赖;同时扩展H∞观测器的设计自由度,降低惯量不确定性对系统诊断精度的影响。在Matlab/Simulink环境下对航天器姿态系统进行了仿真,仿真结果表明:提出的控制算法处理航天器陀螺故障问题的有效性和可行性。 展开更多

关键词 航天器姿态控制系统 故障诊断 H∞最优故障观测器 多频观测器

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冗余飞轮姿控系统控制分配与重构研究 被引量：5

17

作者 赵阳 张大伟 田浩 《空间控制技术与应用》 2010年第1期1-6,30,共7页

针对具有多冗余执行机构的航天器姿态控制系统,给出了处理冗余的控制分配方案,该方案考虑了幅值和速度约束条件并实现了二次最优.仿真验证了分配环节的有效性,并比较了不同求解算法下的动态分配效果.针对执行机构可能出现的故障,提出了... 针对具有多冗余执行机构的航天器姿态控制系统,给出了处理冗余的控制分配方案,该方案考虑了幅值和速度约束条件并实现了二次最优.仿真验证了分配环节的有效性,并比较了不同求解算法下的动态分配效果.针对执行机构可能出现的故障,提出了结合故障诊断与隔离系统的执行环节控制重构方法,实现了机构故障下的容错控制,通过卫星姿态跟踪控制仿真,验证了分配和重构环节与控制回路的相容性. 展开更多

关键词 航天器姿态控制系统 冗余飞轮 控制分配 控制重构

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《宇航学报》第29卷(2008年)总目录

18

《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期2078-2100,共23页

关键词 空间飞行器 航天器 航天器姿态控制 椭圆参考轨道 崔祜涛 姿态确定 月球软着陆 高超声速进气道 姿态跟踪控制 火箭发动机燃烧室 编队卫星 编队飞行 目录 检索工具

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