中国空间科学技术

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挠性航天器姿态机动的变论域自整定模糊PID控制

魏凤美, 赵育善, 师鹏

2014 (6): 1. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.001

摘要 ( 1295 )

PDF(935KB) ( 1126 )

建立了带有太阳翼的挠性航天器的姿态动力学模型,应用改进的罗德里格参数来描述姿态运动学模型。针对挠性航天器模型参数不确定性和环境干扰等问题,提出了变论域自整定模糊比例积分微分(PID)控制方案,构建了计算简单并且可以达到控制精度的伸缩因子。基于Matlab/Simulink进行了仿真验证,结果表明,变论域自整定模糊PID 控制响应速度比传统PID控制、模糊PID控制快350s,且无超调,不仅能够使航天器完成对目标姿态的机动,而且能够有效地抑制挠性太阳翼的振动。

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径向速率估值的双屏电子篱笆数据关联方法

邢东旭, 柳仲贵

2014 (6): 8. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.002

摘要 ( 1282 )

PDF(810KB) ( 1209 )

针对双屏电子篱笆系统在初轨确定前需要完成同一目标观测数据的数据关联问题,文章提出了一种计算形式简单且不依赖于循环迭代定轨计算径向速率的估值方法,并设计了相应的数据关联准则。仿真分析表明,这种数据关联准则与依赖定轨计算径向速率的关联方法相比,判别正确率相近,但计算时间不到后者的10%,算法的效率更高。

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系绳辅助的行星际轨道捕获研究

刘彬彬, 黄攀峰, 孟中杰

2014 (6): 15. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.003

摘要 ( 2132 )

PDF(923KB) ( 1156 )

针对深空探测中应用动量交换系绳辅助进行行星际轨道捕获时的系绳控制问题,首先对运行在目标行星双曲线飞越轨道上的探测器系统进行动力学建模,给出了一致性轨道捕获条件和系绳最佳切断点,并进行了动力学特性分析。考虑到子探测器捕获后的变轨需求及系绳收放速率的限制,提出了新的最优控制方法,并应用模拟退火算法进行了数值求解。仿真结果表明,系绳切断时指向恰当,子探测器距离目标行星最近,将有利于后续变轨;系绳最大收放速率约为30m/s,切实可行。

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基于螺旋理论的航天器姿轨耦合分析

马家瑨, 朱战霞

2014 (6): 24. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.004

摘要 ( 1364 )

PDF(835KB) ( 1245 )

针对航天器运动姿轨耦合性问题,对基于螺旋理论得到的航天器运动模型,定性地分析了姿轨耦合特性。采用参数分析法,从模型所包含的耦合项出发,逐次改变各个参数,进而推导出对应的耦合表达式。为了检验耦合性对控制效果的影响,设计了PD 控制律并进行数值仿真。理论分析和仿真结果进一步证明,基于螺旋理论的航天器姿轨模型,其姿态和轨道运动之间是相互影响的,从控制角度而言,姿态运动对轨道运动影响相对更为严重,容易出现了大的振荡,而轨道运动对姿态运动的影响基本可以忽略,为工程实践提供参考。

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数传跟踪天线驱动控制建模与仿真

周勇, 张剑

2014 (6): 31. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.005

摘要 ( 1524 )

PDF(977KB) ( 1844 )

星载高增益数传跟踪天线一般采用步进电动机和谐波减速器作为驱动源,要求其跟踪执行精度小于0灡1°(3σ)。文章以数传跟踪天线机构为研究对象,综合考虑了步进电动机矢量转矩模型、谐波齿轮的非线性动力学模型以及驱动电路动态模型。建立了非线性数字仿真模型,通过仿真计算,得到跟踪机构的单步响应、跟踪精度、输出转矩等运动特性,比较仿真结果和试验结果,对所建模型进行验证。比较结果表明,建立的天线机构驱动模型准确可靠,执行精度小于0.017°(3σ),满足天线指向精度要求。

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空间伸展臂的技术现状与难点

周思达, 周小陈

2014 (6): 38. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.006

摘要 ( 1538 )

PDF(1789KB) ( 3199 )

空间伸展臂是一类最基本的空间可展开结构,是大型复杂空间结构的基础,对迅速发展的空间活动有着十分重要的研究意义。文章总结并介绍了不同结构形式空间伸展臂的研究与应用情况,根据各方面性能进行了较为全面的对比分析,并从力学、材料、空间环境影响、振动控制几方面深入分析了空间伸展臂设计和应用的技术难点,初步探讨了空间伸展臂的发展方向,从而为空间伸展臂的设计、选型和分析提供必要的支持。

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基于人工神经网络的反射器型面精度预测

周阳, 张淑杰, 张华振

2014 (6): 51. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.007

摘要 ( 1658 )

PDF(1450KB) ( 972 )

基于人工神经网络的预测方法,利用数量适当的有限元计算结果,建立人工神经网络模型,对反射器型面进行精度预测分析,得到在最小型面精度结果下的结构设计参数。计算结果显示训练好的神经网络模型能够较精确地预测格栅反射器的型面精度,节省计算时间,并且以型面精度最小为准则进行参数分析,能够指导反射器的结构设计。

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柔性机械臂辅助空间站舱段对接阻抗控制

危清清, 刘志全, 王耀兵, 邵立民

2014 (6): 57. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.008

摘要 ( 2697 )

PDF(976KB) ( 1758 )

空间机械臂辅助舱段对接过程中存在测量与控制误差,易导致对接机构间存在较大接触力,传统FMA (Force MomentAccommodation)控制方法在测量接触力时无法消除大负载惯性力对测量的影响,且测量仪器的引入会进一步降低空间柔性机械臂的刚度。为此,文章提出了柔性机械臂辅助大负载空间舱段对接的阻抗控制方法,采用拉格朗日法推导了空间机械臂的关节输入力矩方程作为前馈输入,建立了含动力学前馈的空间机械臂阻抗控制程序,并以在商业软件ADAMS中建立的空间柔性机械臂与对接舱段组成的系统动力学模型作为控制对象,对系统进行ADAMS灢Matlab联合仿真。仿真结果表明,按照此控制方法,系统可克服外力干扰使目标解析点按照期望的方式运动;同时,通过测量机械臂关节运动参数即可实现对外力的准确感知,而不需额外添加力传感器,既消除了大负载惯性力对测量的影响,也不会导致柔性机械臂刚度的降低。

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适用于月面高温环境的嫦娥三号地形地貌相机热设计

宋馨, 张有为, 周向东, 刘自军

2014 (6): 65. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.009

摘要 ( 1841 )

PDF(904KB) ( 1714 )

“嫦娥三号暠月面探测器上安装的地形地貌相机工作时直接暴露在月面高温环境下,受月表红外辐射影响很大,给热控设计带来很大难题。为解决设备工作时的高温问题,在外热流分析的基础上提出了以“最佳散热位置暠为核心的热控方案,设备处于“最佳散热位置暠时能够获得较好的初始温度和最快的降温速率;另外通过把散热面布置在月表红外辐射热流最小的位置并在除散热面以外的其他表面包覆多层隔热组件这两个措施,可以最大程度减小月表红外辐射的影响。地形地貌相机在轨开机工作前的各飞行阶段遥测数据均满足存储温度指标要求并且有较大余量;开机工作环拍一周的遥测数据满足工作温度指标要求并且与热分析结果符合较好,初始温度与遥测温度数据偏差为-1灡7曟,温升速率和降温速率偏差分别为14灡9%和16灡9%。这表明该热控方案正确可行,可为后续中国深空探测类似热控问题参考。

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敏捷卫星立体定位角元素影响分析

孙峻, 赵鸿志, 杨芳, 赵键

2014 (6): 72. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.010

摘要 ( 1531 )

PDF(847KB) ( 1662 )

为精确开展敏捷卫星效能评估,合理制定机动能力及其测量部件指标,首先针对敏捷卫星利用平台大角度姿态机动,以单线阵CCD相机实现立体成像的特点,分析了单线阵与三线阵立体定位角元素影响差异。其次建立了敏捷卫星立体定位精度评估模型,进行了内、外方位元素与角元素相关性分析,给出了各误差近似解析算法。解析分析定量给出了满足定位精度要求时敏捷卫星立体成像角方位元素及其测量精度指标的取值范围。

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应用LTCC工艺的基片集成波导开关矩阵

杨飞, 于洪喜

2014 (6): 79. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.06.011

摘要 ( 1495 )

PDF(1085KB) ( 2726 )

文章首次应用低温共烧陶瓷(Low-temperature Co-fired Ceramic,LTCC)工艺和基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技术,实现了星载高频段开关矩阵。首先详细讨论了不同层间SIW 通道的连接过渡方式,并分析了通道间隔离度特性。在此基础之上,应用单刀双掷开关芯片作为通道选择器件,多层SIW 通道作为射频信号传输、连接和交叉通道,实现了基于LTCC技术的高隔离度、低插损的K 频段4x4开关矩阵,在20~21GHz频带内实测的通道插入损耗小于8dB,通道间隔离度大于38dB。从而解决LTCC高频开关矩阵设计受限于传统带状线特性而导致得到的开关矩阵插入损耗大、隔离度低的技术瓶颈。

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