空间控制技术与应用

Select 一种翻滚非合作航天器抵近绕飞避障轨迹规划和跟踪控制方法

黄宇嵩, 田栋, 李洪珏, 焦荣惠, 李斐

2021, 47(3): 1-8. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.001

摘要 ( 122 )

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针对空间无人在轨服务任务中翻滚非合作航天器抵近、绕飞和避障问题，在目标特征部位本体坐标系，建立了轨道和姿态相对运动模型.设计了抵近和绕飞策略，以抵近轨迹的燃料和时间最优为目标函数，考虑规避障碍物情况，结合动力学和路径等约束条件进行轨迹规划，最后采用高斯伪谱法对连续最优控制问题进行离散转化，对转化后的非线性规划问题进行求解，得出最优路径.同时基于轨道和姿态协同的六自由度轨迹跟踪误差模型，设计了全状态反馈轨迹跟踪控制律，在相对运动姿态和轨道模型的基础上，对控制过程进行了闭环仿真验证，结果表明了姿轨耦合轨迹跟踪控制律的有效性和稳定性.

Select 基于轨迹在线规划与跟踪律在线计算的自适应再入制导方法

赵超, 黄盘兴

2021, 47(3): 9-15. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.002

摘要 ( 120 )

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针对高超声速飞行器非标称再入飞行任务的高精度自主制导问题，研究了一种基于轨迹在线规划与跟踪律在线计算的全自主自适应制导方法.该方法基于拟平衡滑翔条件与高精度的规划模型在线生成满足多路径约束的参考轨迹，在跟踪参考轨迹时引入符号函数法在线计算线性二次调节器的反馈增益矩阵，以获得高精度的自适应跟踪律.最后通过远程、近程两种工况的蒙特卡洛打靶仿真验证了该方法的精度与鲁棒性.

Select 基于并行扩展卡尔曼滤波的自主卫星星座导航方法

张原, 熊凯, 邢琰

2021, 47(3): 16-23. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.003

摘要 ( 117 )

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针对星间距离测量容易受到外界干扰的问题，提出了一种适用于多颗地球卫星和一颗月球卫星的卫星星座自主导航的并行扩展卡尔曼滤波算法.通过解决噪声统计不确定情况下的测量调度问题来选择适当的测量，降低干扰的影响.为了自适应地选择适当的测量，提出一种基于不同来源的测量构造多个子集的并行扩展卡尔曼滤波器，其中每个扩展卡尔曼滤波器用于处理不同测量子集，并基于残差序列计算子滤波器的权重，组合并行滤波器的估计结果.通过与EKF和传统的多模型自适应估计算法进行比较，表明所提出方法在干扰条件下的三轴位置估计误差的稳定性，体现了性能优势.

Select 太阳同步冻结轨道星座保持与捕获

叶立军, 王静吉, 宝音贺西, 尹海宁, 刘付成

2021, 47(3): 24-32. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.004

摘要 ( 166 )

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太阳同步冻结轨道卫星在经过同一星下点时光照特性和轨道高度相同，便于载荷观测及定标.由多颗太阳同步冻结轨道卫星组成的星座，需要实现星座成员轨道倾角、轨道高度、偏心率矢量和相对轨道幅角的同时保持.提出了基于切向单脉冲的最低燃耗轨道面内保持策略，证明了该策略的稳定性和燃料最优性，给出了太阳同步轨道地方时保持简单算法.仿真证明，基于本策略的星座成员能跟踪并捕获目标轨道.面内保持策略还可用于低轨卫星编队低燃耗控制.

Select 基于人工势场的星群松散编队控制

高婉莹, 李克行

2021, 47(3): 33-39. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.005

摘要 ( 121 )

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利用低成本的微纳卫星组成星群协同执行空间任务，近年来引起了航天界的广泛关注.针对星群松散编队控制任务，将人工势场法和基于相对运动动力学方程的速度反馈控制相结合，在各颗卫星和目标之间构造吸引势场，在各颗卫星之间建立基于位置信息的避碰势场，在空间障碍物附近建立避障势场，同时引入速度反馈控制律，综合实现星群松散编队控制，并通过仿真算例验证了控制方法的有效性.

Select 基于奇异摄动法的水下机器人串-并联PID控制

王鸿儒, 刘云平, 马金虎, 严乐

2021, 47(3): 40-48. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.006

摘要 ( 92 )

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针对串级PID控制应用于水下机器人位置、姿态控制时出现的收敛速度慢、抗扰动能力差等问题，提出一种基于奇异摄动法的串并联PID控制方法.使用时标分解法得到水下机器人的快慢子系统模型，根据奇异摄动法设计串并联PID控制.以自主设计的水下机器人为基础，使用最小二乘法测定水动力参数.通过仿真与实验证明串并联PID控制具有更快的收敛速度与较高的鲁棒性.

Select 面向未知目标的柔性关节空间机器人滑模控制

张文辉, 陈浩文, 闻志, 叶晓平

2021, 47(3): 49-56. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.007

摘要 ( 95 )

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针对载荷捕获的空间机器人控制问题，同时考虑机械臂关节柔性和非合作目标质量未知等因素影响，提出一种基于目标质量观测器的滑模变结构控制方法.首先，针对空间非合作目标质量未知问题，设计基于改进的最小二乘迭代算法实现对非合作目标质量在线辨识.进而，采用拉格朗日方法和动量矩守恒原理，建立漂浮基座柔性关节空间机器人动力学模型；针对动力学模型中刚柔耦合特性，基于奇异摄动理论将系统模型近似地分解为快慢变子系统；针对慢变子系统，设计滑模变结构控制器来保证系统的鲁棒性和动态特性；针对快变子系统，设计基于速度差值的反馈补偿控制算法，抑制柔性关节产生的残余振动，保证控制精度.最后，实验分析了快慢变子系统各自的作用机理，验证了控制方法有效性.

Select 基于深度迁移学习的航天器故障诊断

唐艺璠, 窦立谦, 季春惠, 刘文静, 宗群

2021, 47(3): 57-63. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.008

摘要 ( 168 )

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随着航天科技的发展，智能故障诊断技术是确保航天器控制系统安全、自主运行的关键技术之一.由于在轨航天器遥测数据样本少、噪声高、未标记，因此缺乏自适应能力、学习能力的传统故障诊断方法难以准确诊断在轨航天器故障.本文针对上述问题提出一种基于深度迁移学习的航天器故障诊断方法，为在轨航天器实时故障诊断提供了可行方法.首先，对航天器运行数据进行预处理，将多维时域信号转换为二维图像信号；其次，搭建基于残差网络的故障诊断深度学习框架，并利用地面测试数据与其他航天器在轨运行数据对网络进行预训练；进而，为了实现当前在轨航天器实时故障诊断，本文采用迁移学习自适应方法，设计网络联合分布自适应代价函数，对故障诊断模型进行参数重调，使模型适应当前在轨航天器故障诊断任务.仿真结果表明，所提出的基于深度迁移学习的故障诊断方法可以快速准确的诊断出航天器故障.

Select 永磁同步电机转速滑模和电流预测组合式控制器运行性能分析

邓入川, 赵迪, 张山, 苟浩, 符健豪, 郑亮, 费凌

2021, 47(3): 64-72. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.009

摘要 ( 106 )

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针对永磁同步电机（PMSM）矢量控制系统的速度环采用PI调节器不能很好地适应电机参数变化而导致控制效果不理想的问题，在电流预测控制 (CPC)增强抗干扰能力、提高鲁棒性的基础上，提出了一种滑模控制方法.该滑模与电流预测相结合的控制方法改善了永磁同步电机矢量控制系统的动态性能，实现了负载扰动时调速响应快且无超调控制，提高了系统对内部电阻变化的容忍度.仿真结果表明，采用该方法，系统的响应速度和稳定性均得到改善，转速响应从启动到稳定所用时间减小60%.

Select 仿壁虎刚毛阵列对卫星表面吸附能力模型与计算

罗剑, 王杰娟, 于小红, 周雯雯

2021, 47(3): 73-78. doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2021.03.010

摘要 ( 127 )

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壁虎脚的粘着机理对航天机器人脚掌的研制和开发具有重要启发意义.通过单根刚毛与光滑表面黏着力模型与计算、卫星粗糙表面分布模型与接触概率与计算、刚毛阵列与卫星粗糙表面黏着力模型与计算等，分析仿壁虎刚毛阵列对卫星表面的吸附能力，发现在一定条件下仿壁虎刚毛阵能够在太空失重环境中黏着在卫星表面，对航天舱内爬行机器人、管道机器人的研制和开发具有重要的启示意义.