空间控制技术与应用

Select 带开孔的柔性结构振动模态特性分析

邱志成, 朱许先

2022, 48(6): 1-11. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.001

摘要 ( 60 )

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为了减轻机构的质量、改善机构的振动特性，具有优良特性的开孔结构已被广泛应用于船舶工程与航空航天等诸多领域.为研究带开孔的柔性结构的振动模态特性，基于有限元法给出了开孔柔性结构的建模思路，对不同开孔特性和结构参数下的开孔柔性结构进行了模态分析，获得了模型结构的低阶模态频率与振型，并利用有限元分析软件ANSYS的模态分析结果验证了本文建模方法的正确性与有效性.分别分析了不同开孔大小、开孔数量、孔间距和开孔形状，以及不同厚度、长宽比和不同约束条件下的开孔柔性结构模态特性，并总结了各种因素对振动模态特性的影响规律，为开孔柔性结构的设计及其振动控制提供基础.

Select 空间机械臂基于速度观测器的神经网络控制

张文辉, 沈金淼, 游张平, 叶晓平, 周书华

2022, 48(6): 12-21. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.002

摘要 ( 81 )

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针对无速度反馈的柔性关节空间机器人控制问题，提出了一种基于速度观测器的自适应神经网络的控制方法.基于奇异摄动理论将柔性关节空间机械臂动力学模型分解为快慢变2个子系统；利用神经网络逼近控制器和观测器中的未知非线性，设计基于自适应神经网络的速度观测器和控制器，动态抵消模型不确定性对系统的影响；利用泰勒线性化方法，设计了权值、基函数中心和宽度参数在内的自适应学习律，提高了控制精度，且不需要离线学习；设计了基于速度差值的控制器来抑制快变子系统模型中的弹性振动；基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的一致最终有界.仿真实验证明了所提控制策略的有效性.

Select 在轨服务三足机器人移动步态分析与控制研究

田艳, 周黎莎, 龚文斌, 林宝军, 张慧博

2022, 48(6): 22-31. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.003

摘要 ( 74 )

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针对太空中人造卫星故障产生频率高、种类多导致的卫星修复或再生产成本高的问题，提出了一种通过仿生爪刺和干粘附在卫星上附着移动，并能依靠自身所携带的多负载机构，对大多卫星故障进行修复的在轨服务三足机器人系统.本系统完成了机体结构、五自由度机械臂、爪刺足部以及多种末端负载的设计，并给出了三足机器人机械臂工作转角范围和工作空间大小，通过对各种复杂路况分析确定了三足机器人4种步态，并分别对4种步态进行了设计及仿真.最后提出了基于循环神经网络的最优控制算法，利用Solidworks建立了三维模型，通过Matlab及Adams软件完成了对WALK步态的联合仿真，模拟了机械臂和末端负载的联合运动，测量并分析了各关节的工作转矩及机体质心位移，结果表明所设计的三足机器人系统满足相应指标要求.

Select 考虑语义和位置信息的航天器知识图谱关系预测方法

邢晓宇, 王淑一, 刘文静

2022, 48(6): 32-39. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.004

摘要 ( 80 )

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为了保证航天器控制系统故障诊断的性能故障关系图谱的完整性，提出基于语义和位置信息的深度网络关系预测方法，针对航天器性能故障关系图谱存在物理关系复杂、样本稀少、知识库不完备的问题做出相应方法改进.首先，利用表示学习模型对三元组进行处理得到语义向量；其次，使用主成分分析法对语义向量进行降维；然后，根据实体在知识图谱中所处的全局位置，采用布尔型数据标记得到实体的位置向量；最后，将语义向量与位置向量拼接作为深度神经网络的输入，输出关系预测向量.实验结果表明，该方法预测准确率高于单一的表示学习推理和路径推理，能够有效地完善航天器性能故障关系图谱的关系.

Select 一种基于伪速率调制器的自激振荡消除姿态控制方法

林波, 常建松, 刘新彦

2022, 48(6): 40-45. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.005

摘要 ( 42 )

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基于伪速率调制(PRM)进行控制的闭环系统具有很强的非线性特征，稳定闭环系统由于外部干扰或参数不确定的影响在特定条件下可能出现高频自激振荡，进而频繁控制导致推进剂额外消耗.提出在线辨识自激振荡周期自动调整控制器参数的方法，当系统出现高频自激振荡时能够通过实时调整系统带宽有效消除自激振荡，并通过仿真验证了方法的有效性.

Select 动压气浮轴承永磁同步电机无传感器控制启动策略研究

李玉猛, 马官营, 惠欣, 王月

2022, 48(6): 46-52. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.006

摘要 ( 61 )

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针对动压气浮轴承永磁同步电机无传感器控制，研究了启动控制策略，设计了三段法.静止状态下转子位置未知，通过预定位使转子转动到可知位置.低速下，反电势信号幅值很小难以得到过零脉冲信号来获取转速信息，因此设计了速度开环加速阶段.开环加速到一定转速时，利用反电势过零脉冲信号进行速度闭环，实现了转速同步控制.恒流驱动时，电机的开环加速曲线可近似为线性规律，并通过仿真和试验进行了验证.开环加速阶段完成后，利用获得的反电势信号实现了闭环控制，电机加速至给定转速，试验结果证明启动策略是可行的.

Select 微型磁悬浮飞轮用熔断式锁紧/解锁机构#br#

俞建荣, 崔刚, 刘强, 樊亚洪, 席军

2022, 48(6): 53-59. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.007

摘要 ( 52 )

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本文针对微纳卫星用微型磁悬浮飞轮发射主动段的锁紧/解锁问题，提出了一种微型磁悬浮飞轮用熔断式一次性锁紧/解锁机构，介绍了主要结构和工作原理.根据飞轮锁紧力要求，对锁紧机构进行了静力学分析计算.为保证飞轮锁紧后满足卫星发射的环境力学条件，以及解锁后避免与锁柱发生共振，利用有限元软件对锁紧机构进行了动力学仿真计算.其静力学和动力学计算结果均满足卫星发射主动段的力学要求.结果表明，熔断式锁紧/解锁机构可对微型磁悬浮飞轮实施有效保护.

Select 一种K波段重力场测量天线相位中心在轨标定方法

焦仲科, 张元生, 刘玄, 王登峰, 钟兴旺, 王楠, 王晓亮

2022, 48(6): 60-66. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.008

摘要 ( 61 )

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针对低低跟踪重力测量卫星编队的K波段测量天线相位中心在轨标定问题，分析了编队系统构成以及空间测距K波段天线相位中心远场辐射模型，给出了相位中心在轨标定周期机动设计；采用batch估计理论进行了在轨标定算法设计，同时给出了多组数据条件下的最优融合估计方法，数值分析结果验证了所提出天线相位中心在轨标定算法的有效性.

Select 高比冲小推力脉冲爆震火箭发动机特性研究#br#

刘翔, 聂万胜, 张晧涵, 周思引

2022, 48(6): 67-75. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.009

摘要 ( 99 )

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在轨快速机动与姿态调整问题成为近年来航天领域的研究热点之一，这一问题推动了高比冲小推力化学燃料发动机的发展.基于爆震燃烧的脉冲爆震火箭发动机，具有热效率高、比冲高、结构简单等特点.本文针对脉冲爆震火箭发动机开展了关键性能研究，首先给出爆震燃烧的数学物理模型，介绍了等容循环模型分析方法；然后将爆震波数值仿真结果与理论计算结果进行了对比，验证了所用模型与算法的合理性；最后采用数值仿真方法对不同外界气体工质、喷管构型、环境压力下发动机内流场特性及发动机性能参数进行了研究；结果分析表明脉冲爆震火箭发动机具备高比冲、小推力特性，其中收敛扩张型喷管对发动机性能增益最大，且随着环境压力降低，发动机推力增大.

Select 基于光纤传感器的热致振动实验研究#br#

张子豪, 王晶, 余鑫宇, 范典, 周次明

2022, 48(6): 76-80. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.010

摘要 ( 42 )

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大多数航天器在运行期间受到冷热交变作用时会发生振动，导致航天器不能正常工作甚至损坏.目前针对这种业内称为热致振动现象的理论研究较多，实验研究较少，这主要是因为缺乏高精度的测量手段.本文基于常见的热致振动模型，搭建了柔性吊杆的结构，分别利用光纤光栅应变传感器和光纤法布里珀罗加速度传感器对其热致振动特性进行了测量.实验结果表明，柔性吊杆在热源的辐射下发生了热致振动现象，光纤光栅应变传感器和光纤加速度传感器获得的柔性吊杆应变和加速度与理论分析一致，本文所述光纤传感器能在不影响结构特性情况下准确测量热致振动.

Select 一种可纠错程控数据设计方法

吕达, 王啟宁, 韩延东, 李国军, 李志刚

2022, 48(6): 81-87. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.011

摘要 ( 44 )

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程控数据关系到小卫星在轨任务能否正常执行，且需要在轨长期存储，因此需要进行容错设计.程控数据可分为程控指令、程控数据块及相对程控指令.文章提出一种可纠错程控数据设计方法，以单条不同类型的程控数据为单位进行纠错编码设计，在程控数据使用前或周期检错时刻来临时，星上软件实现程控数据的检错及纠错.该方法实现纠错不依赖卫星硬件平台，同三模冗余方法相比，不仅可以节约大量存储空间，而且性能更优.

Select 基于二元组索引的低内存开销快速文件管理方法

姜菁菁, 乔磊, 杨孟飞, 苗志富, 周育逵, 刘波, 田飞

2022, 48(6): 88-95. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.06.012

摘要 ( 53 )

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在航天器上采用FLASH设备作为存储介质，需要采用文件系统来管理存储设备.在航天嵌入式系统中,数据存储的规模越来越大,进行采集任务产生的数据量将达到TB级别.出于安全性的考虑,航天器嵌入式系统内存容量受限,并且实时性要求极高.普通嵌入式系统在内存容量和实时性的要求同航天嵌入式系统相差较多,因此不适用于航天嵌入式系统.本文针对航天器系统资源受限的特殊需求,对嵌入式系统中常用的YAFFS2文件系统中存在的内存中文件索引结构占用空间随文件数据量线性增长的问题,提出基于二元组索引的低内存开销快速文件管理(Low Overhead and Fast File Management based on Binary group,BLOF)方法,通过基于B+树引入二元组链表结构对连续FLASH页进行统一索引,并依据索引结构设计文件读、文件写操作算法,具有文件系统内存占用小,读写文件速度快的特点.实验结果表明,BLOF相比于YAFFS2索引方法,对任意数据量的文件:1) 当文件数据所在闪存页达到平均6个页以上连续时,BLOF方法内存占用低于YAFFS2方法,最高节省55.55%;2) 在文件规模大于512KB时,BLOF方法的文件读写时间始终小于YAFFS2的文件读写时间,并且YAFFS2文件写时间和BLOF写时间之差随文件大小呈线性增长趋势.BLOF方法更适合于文件数据量大且存储在大量连续页的情境下.