空间控制技术与应用

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2020, 46(5): 0.

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大型柔性板状结构广泛应用于航空航天领域，这种结构特性极易引起低频振动，针对这一问题以柔性铰接板为研究对象，探究了柔性铰接板在受外部激励作用下弯曲模态的振动特性.为此搭建了一套用于测控柔性铰接板振动特性的实验平台，采用了立体视觉和压电陶瓷传感器分别检测柔性铰接板的振动信息，以此信息作反馈，采用了变遗忘因子的迭代学习控制方法对柔性铰接板的振动进行主动控制，同时以PD控制的实验效果作为对比.实验结果表明，不论是大幅值的快速衰减还是小幅值的残余振动抑制，迭代学习控制效果都优于PD控制.

Select 一种柔性空间双臂机器人的协同控制和避障方法

冯钧, 孔建寿, 王刚

2020, 46(5): 10-17. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2020.05.002

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针对柔性空间机械臂在轨服务应用需求，提出一种基于刚体运动与柔性振动相耦合的空间双臂机器人协同控制方法.首先引入空间位姿变量的概念，构造出面向协同控制目标的Jacobian矩阵，建立柔性空间机器人系统的刚柔耦合动力学模型，基于指定的最小距离得到其运动学逆解，并根据系统动量矩守恒关系及系统的Jacobian矩阵，并根据机械臂末端的运动速度,然后采用阻尼最小二乘法得出关节角度，使柔性空间机器人能够有效完成协同控制和空间避障任务，并基于RecurDyn V7R5软件环境验证算法的正确性.最后，基于SolidWorks和ADAMS虚拟样机建立柔性空间机器人系统的立体CAD模型，并结合空间在轨搬运任务进行模拟仿真，柔性空间机器人关节操作和运动轨迹的仿真结果图验证了本文算法的有效性.

Select 基于电磁力与力矩的航天器运动控制的研究进展

秦琰, 董文博, 赵黎平

2020, 46(5): 18-26. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2020.05.003

摘要 ( 163 )

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电磁力与力矩是一种非接触式的相互作用力与力矩.将通电线圈或磁铁放在磁场中会受到电磁力与力矩的作用.多个通电线圈或磁铁相互作用时，在彼此构成的磁场中也会受到电磁力与力矩的作用.作为一种非接触的力与力矩，电磁力与力矩在航天器的姿态与相对位置控制系统中已有了广泛和深入的应用.本文主要介绍近年来由航天器上电磁装置受到地磁场作用产生电磁力矩在姿态控制中的应用，和带有电磁机构的多航天器间相互作用控制多航天器间相对位姿的应用等.

Select 基于解耦双通道线性自抗扰控制的连续型机械臂轨迹跟踪策略

张月龄, 向国菲, 税懿, 佃松宜

2020, 46(5): 27-35. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2020.05.004

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针对包含多源不确定性的连续型机械臂轨迹跟踪问题，提出基于解耦双通道的线性自抗扰控制策略以抑制不确定性对跟踪性能的不利影响.首先，引入虚拟控制量实现对MIMO系统的解耦，针对解耦率已知和未知两种情况，均设计双通道线性自抗扰控制器.利用线性扩张观测器对系统不确定性进行实时补偿，并给出观测器参数整定方法，进一步基于Lyapunov稳定性理论证明了其收敛性.设计仿真，综合考虑未知解耦率、未建模动态以及未知外部干扰等情况，结果验证了本文所提控制方法的有效性.进一步将其与计算力矩法相比较，结果表明LADRC能够处理更大范围不确定性，鲁棒性更强.基于解耦双通道线性自抗扰控制策略为连续型机械臂高精度轨迹跟踪提供了新思路.

Select 日心悬浮轨道混合推进航天器编队构型保持研究

左晨熠, 袁长清, 龚胜平, 贺京九

2020, 46(5): 36-41. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2020.05.005

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针对混合推进航天器编队日心悬浮轨道保持控制问题进行了研究.首先推导出在日心悬浮轨道附近的航天器编队相对运动方程，考虑到航天器间距离变化值较小且航天器间距离与航天器到太阳的距离的比值为小量，将其在悬浮轨道附近线性化.基于该线性化方程，设计了一种LQR编队控制方式，该控制方式可通过调节太阳帆的姿态及航天器间库仑力的大小对编队构型进行改变或保持，具有响应速度快和控制简单的特点.最后对控制律进行数值仿真，表明该控制方法能实现编队.

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低轨目标短弧关联的稳健方法

姜平, 张雅声, 陶雪峰, 李智, 徐灿, 方宇强, 王浩

2020, 46(5): 42-50. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2020.05.006

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未来大量低轨星座部署一旦完成，将会对传统的空间目标监视提出更高的要求.广角光学望远镜系统具有广域监视效果，可以同时观测大量目标.但是广角望远镜的观测数据大部分属于“短弧”观测数据，单次观测无法进行空间目标的初始轨道确定.目前有效的解决方案是对光学观测弧段进行准确关联，融合多组观测数据进行初定轨.本文以容许域方法为基础，通过优化拟合两段观测短弧的轨道，结合卡方检验，确定不同观测弧段之间的关联性.其次详细描述了对于低轨目标，用仅测角观测数据进行关联的时候，存在的病态性问题.最后，针对低轨目标短弧关联错误率高的问题，提出了用角度误差特性规律进行误关联识别的方法.误关联的准确识别有效地提高了对于低轨空间目标仅光学观测序列的关联成功率，为后续的空间目标编目提供了有效的数据支撑.

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基于交互式多模型鲁棒滤波的目标机动估计算法

彭一洋, 奚勇, 陈辉, 孙逊, 仲科伟

2020, 46(5): 51-58. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2020.05.007

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针对雷达导引头的测量信息带有闪烁噪声的问题，研究了交互式多模型和鲁棒滤波在雷达导引头目标机动估计中的应用.采用HuberBased滤波理论改进高阶容积卡尔曼滤波，提出高阶容积鲁棒滤波算法，选取Singer模型、“当前”统计模型、常加速度模型作为目标机动模型，建立雷达导引头测量模型，结合交互式多模型算法框架，设计目标机动估计滤波器.蒙特卡洛数字仿真结果表明，所提算法的鲁棒性较强，与传统高斯滤波相比，所提算法对闪烁噪声具有更高的滤波精度.

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航天器姿态控制的区间参数化方法

汪洋, 龚薇, 张江伟, 余琪, 朱勃帆

2020, 46(5): 59-64. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2020.05.008

摘要 ( 127 )

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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.

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基于深层循环神经网络的陀螺仪降噪方法研究

井小浩, 贠卫国, 韩世鹏

2020, 46(5): 65-72. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2020.05.009

摘要 ( 57 )

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陀螺仪固有的随机误差会随时间积累越来越大，循环神经网络作为一种有效处理时间序列信号的算法被广泛使用，然而传统的循环神经网络在处理陀螺仪产生的随机误差上无法解决长期依赖，容易出现梯度消失和梯度爆炸问题.为了获得精确的陀螺仪信号，本文基于循环神经网络变体的长短记忆网络和门循环单元的陀螺仪信号降噪算法，并创新性的将两种网络进行组合验证.文中先是通过Allan方差对陀螺仪随机误差进行误差分析，然后基于LSTM和GRU组合对陀螺仪输出信号进行补偿处理，结果表明LSTM结合GRU对陀螺仪的随机误差处理有明显改善，其中X、Y、Z轴方向陀螺仪的量化噪音、角度随机游走、零偏不稳定性、角速度游走和速度斜坡性能均有不同程度的提升.

Select 控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩特性研究

崔宇飞, 邓四二, 邓凯文, 张文虎, 崔永存

2020, 46(5): 73-80. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2020.05.010

摘要 ( 145 )

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控制力矩陀螺轴承组件是空间飞行器姿态控制系统的核心部件，其轴承的性能直接影响着空间飞行器姿态控制系统的控制精度和使用寿命，甚至危及空间飞行器安全.对于控制力矩陀螺轴承组件，轴承摩擦力矩大小及其波动性是轴承的关键性能指标，针对空间飞行器控制力矩陀螺轴承组件，在滚动轴承摩擦学和动力学基础上，建立六自由度控制力矩陀螺轴承组件非线性动力学微分方程组，并采用预估校正的GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法进行求解，对其在有/无重力的工作环境、公自转工况、轴承预紧力以及保持架兜孔间隙对轴承摩擦力矩幅值及其波动性的影响进行分析.分析结果表明：预紧力对轴承组件摩擦力矩影响显著，预紧力过大或过小都不利于降低摩擦力矩及其波动性，对于本文分析的轴承组件最佳预紧力为50~55N；保持架稳定性受重力影响显著，无重力时自转工况下保持架较稳定；过小的兜孔间隙会使摩擦力矩增大，过大的兜孔间隙会使摩擦力矩波动性增大，存在最优兜孔间隙使得摩擦力矩及其波动性都较小，针对本文分析型号的轴承组件，间隙比应控制在0.6~0.8之间.