空间控制技术与应用

Select 资源三号卫星控制系统概述及在轨验证

王淑一, 刘祥, 陈超

2015, 41(2): 1-5.

摘要 ( 389 )

PDF (2603KB) ( 513 )

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资源三号(ZY-3)卫星是一颗民用高分辨率立体测绘卫星.针对ZY-3卫星特点，对控制系统方案进行概述.通过星敏感器相对基准的标定以及星敏感器和陀螺联合滤波实现高精度姿态确定；通过设计结构滤波器和磁卸载力矩的前馈补偿实现三轴高稳定度控制；通过轨迹规划实现大角度侧摆机动.根据卫星在轨运行数据，给出相应指标实现情况，对姿态控制系统的方案和指标满足情况进行在轨验证.

Select 大椭圆轨道卫星交会高轨目标的高精度视线跟踪控制

徐帷, 武海雷, 卢山, 刘付成

2015, 41(2): 6-11.

摘要 ( 346 )

PDF (2012KB) ( 506 )

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针对大椭圆轨道卫星交会高轨卫星期间的相对姿态指向控制需求，提出了一种采用混合执行机构的快速、高精度视线跟踪姿态控制的方法.首先根据相对姿态控制流程设计了执行机构的配置，结合采用喷气推力器和角动量交换装置卫星的姿态动力学模型，推导了用相对四元数描述的视线运动学方程.其次，针对交会快速接近段的姿态快速机动要求设计了一种喷气相平面控制律，针对最近交会段的高精度高稳定度视线跟踪要求设计了一种鲁棒滑模控制律.最后设置了一个算例，仿真结果表明：相对距离100 km以内快速交会阶段的视线跟踪控制精度达0.005 3°，从而验证了整套控制算法的有效性.

Select 遥感卫星动力学频谱规划

吕旺, 向明江, 沈毅力, 曾擎

2015, 41(2): 12-17.

摘要 ( 361 )

PDF (3101KB) ( 405 )

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频谱规划是无线通信领域的概念.介绍了在遥感卫星动力学设计中的动力学频谱规划方法，通过合理的动力性频率设计，避免星上周期性活动部件与低频密集模态的挠性附件因频率接近而发生耦合振动，确保高精度遥感探测卫星具有足够的指向精度和姿态稳定度.以某高轨遥感卫星为例，通过规避5项干扰力矩对卫星的影响，确保指向精度和稳定度指标的实现.

Select 应用于MEMS_SINS/GPS组合导航系统的 H∞容错滤波算法

石静, 杨建华, 刘慧英

2015, 41(2): 18-23.

摘要 ( 412 )

PDF (1389KB) ( 464 )

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针对基于微机电系统(MEMS, micro electro mechanical system)的捷联惯性导航系统(SINS, strapdown inertial navigation system)与全球定位系统(GPS, global positioning system)组成的组合导航系统中存在不确定干扰并且GPS量测输出中经常含有故障信号的情况,提出一种H∞容错滤波算法,能够对不确定噪声干扰具有鲁棒性,并且能够在检测到故障信号后进行容错计算，使滤波精度始终保持在要求的范围内.基于H∞滤波器,在状态估计方程中加入加权因子,使滤波器具有容错的功能，并且适用于组合导航中量测分量的数量级相差很大的情况.仿真试验结果表明，该算法能有效降低GPS中故障信号的不利影响,使系统在故障存在期间仍能正常工作.

Select 基于Krylov子空间法的柔性航天器降阶研究

李莉, 刘铸永, 洪嘉振

2015, 41(2): 24-29.

摘要 ( 449 )

PDF (1337KB) ( 467 )

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带大型柔性附件的复杂航天器，其弹性变形通常用有限单元法描述.由于有限元节点坐标数目庞大将会给动力学方程求解和控制策略的实现带来巨大负担，因此对柔性太阳电池阵的动力学模型降阶进行研究.利用单向递推组集推导带太阳电池阵的航天器的刚柔耦合动力学方程，分别采用模态截断法、模态价值分析法和Krylov子空间法对太阳电池阵进行模型降阶，比较不同降阶模型和全有限元模型的动力学仿真结果.仿真结果表明，无论是否考虑大范围运动的影响，采用Krylov方法只需要较低的自由度就可以得到和采用有限元方法完全一致的结果.说明Krylov方法能够有效地降低航天器柔性附件的自由度，提高动力学仿真的效率，便于驱动控制的实现.

Select 空间机器人协调控制全物理仿真设计与验证

王颖, 韩冬, 刘涛

2015, 41(2): 30-35.

摘要 ( 360 )

PDF (1899KB) ( 545 )

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机械手在空间运动时，对卫星本体会产生干扰，卫星本体采用协调控制方法，减少机械手运动对本体的影响.设计基于气浮台的全物理仿真试验系统，通过气足漂浮支撑机械手和三自由度气浮台，来模拟卫星在空间微重力环境下一个平面内的协调控制运动，采用星上部件、控制器和控制软件，对协调控制进行了验证.

Select 一种地面模拟太阳电池阵开关分流方法研究

张猛, 于国庆, 刘继奎, 崔赪旻, 王友平

2015, 41(2): 36-40.

摘要 ( 331 )

PDF (1573KB) ( 430 )

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为了充分验证太阳帆板驱动机构功率传输通路的设计可靠性和生产过程控制的有效性，在分析太阳帆板驱动机构在轨真实工况及传统测试方法的基础上，设计了一种地面模拟电池阵开关分流的方法，该方法使用太阳电池阵模拟器模拟处于开关分流状态的分阵，利用具有两种工作模式并可自动高速切换的电子负载模拟分流开关管.将该方法应用于太阳帆板驱动机构的功率传输通路测试，给出了测试系统的组成及试验结果.试验结果表明该方法可有效模拟开关分流工况，提高了SADM产品地面验证的充分性.

Select 一种一阶延迟惯性环节温控系统优化设计方法

冯士伟, 李勇, 武志忠, 张沛勇

2015, 41(2): 41-45.

摘要 ( 522 )

PDF (2205KB) ( 367 )

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为提高惯性仪表的温控精度，针对纯延迟环节对温控系统稳定性的影响，提出一种一阶延迟惯性环节温控系统的优化设计方法.该方法充分利用平衡电桥消除温度跟踪误差，设计脉冲宽度调制(PWM)控制方法提高加热效率，同时基于ZieglerNichols整定法进行PID控制器优化设计以提高温控系统的相角裕度，使得温控系统对仪表间参数差异的适应能力大大增强.试验表明，在实验室条件下和具有强制对流环境的温度循环试验条件下仪表温控精度为0.006 ℃（1σ）.该方法简单有效，阻容参数易于选取，能够满足温度控制的高精度要求.

Select 控制力矩陀螺力学试验后的微振动特性变化

王晓伟, 翟百臣, 罗睿智, 关新

2015, 41(2): 46-50.

摘要 ( 452 )

PDF (2240KB) ( 339 )

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控制力矩陀螺是一种用于航天器姿态机动和稳定的重要执行机构.为掌握控制力矩陀螺力学试验后的微振动特性变化，用加速度传感器测量其工作状态下的加速度响应，用多分量测力计测量其工作状态下的力和力矩响应，并进行时域统计分析和频域FFT分析.结果表明，轴承偏心和点状缺陷引起的通过频率成分及其倍频成分是加速度响应的主要成分，但皆位于300 Hz以上的高频区，如果将加速度响应转换成位移响应，则转子标称转速频率成分仍占主导，力和力矩响应结果也验证了该论断.力学试验使控制力矩陀螺微振动恶化，主要原因是静、动不平衡量变大、轴承偏心变大和轴承受损.此外，转子转速和结构模态的动力耦合也会影响微振动幅值.

Select CAN总线并发通信时下位机应用软件设计

谢晓兵, 董筠, 周新发, 李鹤

2015, 41(2): 51-56.

摘要 ( 360 )

PDF (2490KB) ( 960 )

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为满足系统通信中的时间性能要求，设计一种利用中断接收和发送CAN总线数据的通信方法，给出了算法的C语言流程图实现.当增加GPS作为总线主节点发送广播引起CAN并发通信导致硬件中断冲突时，针对并发通信的硬件中断冲突原理作了分析，重新设计了下位机CAN总线通信软件，解决CAN总线并发通信冲突.

Select 面向软件源程序的模型检验技术

李声涛, 陈睿, 顾斌

2015, 41(2): 57-62.

摘要 ( 356 )

PDF (1958KB) ( 455 )

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模型检验技术作为一种有效的形式化方法，能够提供严格的软件质量保证.介绍了面向软件源程序的模型检验技术的工作流程，并在此基础上针对规约性质描述问题，提出一种与源代码独立的、语法简单易用的、符合程序员开发习惯的规约描述语言,并给出一种轻量级的程序模型检验方法，它基于程序控制流图的路径遍历，支持函数过程内验证、函数过程间验证、规约检查.