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空间引力波探测航天器平台系统前沿研究进展 被引量:3
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作者 吴树范 孙笑云 +1 位作者 张倩云 向煜 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第3期233-246,M0001,M0002,共16页
高精度航天器平台系统是空间引力波探测任务成功实施的重要载体,在空间引力波探测任务中发挥着重要的作用。针对高精度航天器平台系统研究的前沿进展,以惯性传感器参考基准、微推力执行机构、航天器平台无拖曳控制技术及航天器系统编队... 高精度航天器平台系统是空间引力波探测任务成功实施的重要载体,在空间引力波探测任务中发挥着重要的作用。针对高精度航天器平台系统研究的前沿进展,以惯性传感器参考基准、微推力执行机构、航天器平台无拖曳控制技术及航天器系统编队设计与控制为出发点,结合本专刊内发表的主要研究内容及国内外空间引力波探测航天器平台系统近期相关研究进展,形成涵盖国内外前沿研究热点的概括与综述,总结空间引力波探测航天器平台系统设计的主要研究问题。从航天器系统角度出发,提出涵盖关键载荷、轨道及姿态控制策略及编队构型设计的探测航天器平台系统发展的展望。 展开更多
关键词 空间引力波探测 航天器平台与系统 空间惯性传感器 无拖曳控制 编队构型
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空间引力波探测惯性传感器关键技术与进展 被引量:2
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作者 吴树范 张倩云 +1 位作者 刘梅林 沈强 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2023年第4期1-12,共12页
空间引力波探测任务中的核心科学载荷之一是惯性传感器,旨在探测极其微弱的空间引力波的波纹变化。首先介绍了空间惯性传感器的探测机理和工作原理;然后从电容位移传感、静电反馈控制、地面评价3个方面介绍了惯性传感器设计的关键技术;... 空间引力波探测任务中的核心科学载荷之一是惯性传感器,旨在探测极其微弱的空间引力波的波纹变化。首先介绍了空间惯性传感器的探测机理和工作原理;然后从电容位移传感、静电反馈控制、地面评价3个方面介绍了惯性传感器设计的关键技术;并且对国内外惯性传感器的发展研究现状进行了梳理,可以看到惯性传感器关键指标为残余加速度噪声,国外在该指标上达到3×10^(-15)m/s^(2)/Hz^(1/2),国内与国外存在着3个量级的差距,因此开展高精度空间惯性传感器研究与设计具有重大战略意义和科学意义,是中国有望赶超世界科技前沿或领跑世界科技研究的重要方向之一。面向中国未来空间引力波探测任务中的惯性传感器需求,可以聚焦于惯性传感器控制体制策略、交流执行机参数优化、多自由度解耦控制技术、低噪声技术这四个方面的研究。 展开更多
关键词 空间惯性传感器 空间引力波探测 电容位移传感 静电反馈控制 地面评价
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基于改进Kinky Inference的输出调节自适应无拖曳控制
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作者 孙笑云 沈强 吴树范 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1604-1613,共10页
在空间引力波探测任务中,航天器内部检验质量因存在载荷硬件噪声、环境噪声及微推力器耦合噪声等复杂干扰,影响其无拖曳控制精度,难以实现超净、超稳控制需求。提出一种基于惰性适配Lipschitz常数Kinky Inference (LACKI)的航天器自适... 在空间引力波探测任务中,航天器内部检验质量因存在载荷硬件噪声、环境噪声及微推力器耦合噪声等复杂干扰,影响其无拖曳控制精度,难以实现超净、超稳控制需求。提出一种基于惰性适配Lipschitz常数Kinky Inference (LACKI)的航天器自适应无拖曳控制方法,运用监督学习规则实现先验知识不足、样本数据存在损坏时外界干扰的逼近和抑制,及基于输出调节的模型参考自适应控制(MRAC)方法实现检验质量精确的无拖曳控制。数值仿真验证了无拖曳控制中敏感轴平动和转动自由度的状态响应性能及LACKI规则针对外界干扰的估计效果,通过与常规线性控制方法的对比,验证了所提方法对于提高无拖曳控制精度的有效性。 展开更多
关键词 监督学习 LIPSCHITZ估计 模型参考自适应控制 无拖曳控制 输出调节 Kinky Inference
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基于干扰观测器的空间惯性传感器自适应控制 被引量:4
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作者 付海清 吴树范 +1 位作者 刘梅林 孙笑云 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2799-2806,共8页
针对空间引力波探测航天器内部惯性传感器超高精度控制问题,提出一种基于干扰观测器的自适应控制方案,应用于探测航天器内部双检验质量静电悬浮控制,为探测任务提供高精度惯性基准。基于对系统附加干扰的观测与反馈,来设计干扰观测器实... 针对空间引力波探测航天器内部惯性传感器超高精度控制问题,提出一种基于干扰观测器的自适应控制方案,应用于探测航天器内部双检验质量静电悬浮控制,为探测任务提供高精度惯性基准。基于对系统附加干扰的观测与反馈,来设计干扰观测器实现对系统驱动噪声及非驱动噪声的分别估计;基于反步控制结构设计,基于神经网络的自适应反馈控制器,实现闭环噪声抑制与传感器电压驱动的非线性不确定性逼近。利用Lyapunov方法分析各闭环信号的收敛性,通过数值仿真来验证所提方案相比传统控制方案有更好地的稳定性,在探测频段内,非敏感轴各自由度闭环位移噪声水平达到10^(-15)m/s^(2)/Hz^(1/2)量级,残余加速度噪声水平达到10^(-14)m/s^(2)/Hz^(1/2)量级。相比常规状态反馈控制方案,噪声抑制性能提升约60%。 展开更多
关键词 空间引力波探测 静电悬浮控制 惯性传感器 干扰观测器 自适应控制
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基于卡尔曼滤波的输出调节自适应无拖曳控制
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作者 孙笑云 吴树范 沈强 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第3期283-291,共9页
针对一类仅能获得系统降维输出信息的自适应输出调节控制问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的输出调节模型参考自适应控制方法,利用卡尔曼滤波的非线性估计能力,实现降维输出量测信息向全维状态信息的估计,利用观测状态实现闭环系统输出向... 针对一类仅能获得系统降维输出信息的自适应输出调节控制问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的输出调节模型参考自适应控制方法,利用卡尔曼滤波的非线性估计能力,实现降维输出量测信息向全维状态信息的估计,利用观测状态实现闭环系统输出向参考状态的自适应跟踪,并确保各闭环信号的稳定性。将上述方法应用于空间引力波探测任务无托曳稳定平台的控制问题中,实现无托曳控制系统在面临系统参数未知及附加干扰时稳定的输出跟踪能力。基于Lyapunov方法实现各闭环信号稳定性的理论分析,数值仿真对比验证了该方法相对于一般输出调节自适应控制方法跟踪能力的优越性。 展开更多
关键词 卡尔曼滤波 模型参考自适应控制 输出调节 空间引力波探测 无托曳控制
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空间惯性传感器数据驱动自适应非对称约束控制
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作者 孙笑云 吴树范 沈强 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第3期322-333,共12页
在空间引力波探测航天器平台系统控制框架下,针对空间惯性传感器这一关键载荷具备非线性未建模动态且存在性能约束的高精度控制问题,提出一种基于数据驱动理论的数据驱动自适应控制方案,实现空间惯性传感器动力学系统作为一类非仿射非全... 在空间引力波探测航天器平台系统控制框架下,针对空间惯性传感器这一关键载荷具备非线性未建模动态且存在性能约束的高精度控制问题,提出一种基于数据驱动理论的数据驱动自适应控制方案,实现空间惯性传感器动力学系统作为一类非仿射非全局Lipstchiz连续系统时的精确稳定控制目标。基于模糊规则建立系统附加不确定性估计器,利用其通用逼近特性保证估计误差的有界性。基于控制障碍函数(Control Barrier Function,BLF)构建非对称性能约束,利用BLF设计的控制器实现闭环信号的非对称约束控制。根据收缩映射原理及离散时间系统Lyapunov理论分析各闭环信号及自适应估计的有界性,数值仿真验证了该数据驱动自适应非对称约束控制方案的可行性和有效性。 展开更多
关键词 控制障碍函数 自适应控制 数据驱动 空间引力波探测 非对称约束
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