针对磁悬浮飞轮位移刚度参数相比其他参数更容易发生摄动问题,在闭环状态矩阵为正规矩阵的约束下优化特征值对位移刚度的敏感度,根据最优特征值求解全状态反馈控制器参数。为了实现无状态观测器的全状态反馈控制,将控制模型增广至非最少状态空间,全部状态变量可由控制对象的输入、输出量直接计算得到。为了进一步提高鲁棒性,将等价干扰信号补偿方法应用于优化后的控制系统。仿真结果表明:位移刚度摄动达到标称值70%时,状态增广后的闭环系统仍然能够镇定系统,并且对位移刚度摄动的适应性更好,调节时间也更短;闭环系统最靠近虚轴的主导特征值离虚轴越远控制器对参数摄动的适应性越好,但控制所需能量代价越大;信号补偿方法可以在不改变主导特征值的前提下提高控制器对参数摄动的适应性。
针对现有的基于不变流形地月转移轨道设计方法存在的转移时间长、需要额外速度增量的缺点,本文利用平面圆型限制性三体问题下大幅值Lyapunov轨道的稳定流形,提出了一种地月低能转移轨道设计方法。首先计算与给定近月轨道相切的大幅值Lyapunov轨道作为参考轨道;然后根据小偏差值对稳定流形的影响确定Lyapunov轨道初始点的取值范围;再通过最近点截面确定与给定近地轨道相切的Lyapunov轨道的稳定流形;最后根据稳定流形的切点调整近月轨道半径,通过一条稳定流形直接连接近地轨道与近月轨道来实现地月转移。仿真结果表明,该方法仅需要两次速度增量,在能耗较低的前提下大大减少了探测器渐近Lyapunov轨道时的飞行时间,为地月低能转移轨道的设计提供了一种新思路。
针对嫦娥四号中继星主动卸载模式,提出了一种引入姿态信息的卸载力建模与解算方法。分析了主动卸载的原理,嫦娥四号中继星姿控发动机布局、卸载控制方式决定其卸载的速度增量集中在本体系+zb方向;根据姿态信息建立了在惯性系下解算本体系速度增量的数学模型;通过该方法对嫦娥四号中继星跟踪数据进行处理分析。结果表明,提出的方法可以有效改进嫦娥四号中继星halo轨道精度,卸载后1.5 d轨道重建的位置精度小于1 km,速度精度优于4 mm/s;预报2~3 d的位置精度为1.2 km,速度精度优于5 mm/s。
对于处于日心轨道的对日定向太阳帆,提出一种使用反射率控制器件(RCD)产生光压力矩的卸载方法。该方法设计了一种RCD状态解算策略,在实现对太阳帆动量轮快速卸载的同时大幅节约了所需的器件切换次数。之后,使用非线性优化算法对反射率控制器件进行了布局优化,进一步提高了使用反射率控制器件的卸载效率。仿真结果表明:提出的解算策略可以用更少的反射率控制器件状态切换次数更快地完成卸载过程;布局优化过程可以指导确定更加合理的反射率控制器件铺设位置,与未进行优化过程相比,能够实现更快卸载。
针对多无人机编队过程中的收敛时间问题,提出了一种基于最优控制和粒子群优化算法的一致性编队控制方法。将无人机机动约束和一致性编队控制算法结合,实现了无人机在约束条件下的编队控制。基于人工势场思想,设计了一种具有机间避碰能力的一致性编队控制方法,解决了无人机之间的碰撞问题。通过最优一致性控制和粒子群优化算法优化一致性编队控制方法,在考虑机间避碰的情况下,使整个编队的收敛时间降低1.2 s,整体收敛性能提升6.28%。仿真结果表明该方法能够缩短多无人机的编队收敛时间。
针对航天试验曲线数据的特点,提出一种时间序列相似度分析方法,通过分析待测曲线与模板曲线的相似性,辅助曲线数据判读。首先,采用SAX和DTW融合综合分析时间序列的周期性,将时间序列数据划分为周期和非周期两类。再分别叙述两种类型的时间序列的相似度分析方法,判定曲线的正确性。本文中对非周期时间序列,提出采用带有双维度约束的DTW相似度分析技术。对周期时间序列,采用离散傅立叶变换,通过频域幅度的一致性来近似初步判断周期信号的相似性。最后经过实验验证本文提出的时间序列相似度分析方法的正确性。
针对某液体火箭发动机地面试车启动过程中故障样本数据稀少、故障预测和故障部件定位等问题,提出了一种基于注意力机制的卷积神经网络和长短时记忆网络的故障预警方法。首先,搭建了液体火箭发动机系统仿真模型,采用参数故障注入方法获取启动阶段的正常/故障样本;其次,通过卷积神经网络从输入样本中捕获局部特征,利用长短时记忆网络从特征中提取时序特征,进而预测出监测参数的潜在变化趋势;最后,基于故障诊断模型定位故障部件,实现发动机启动过程的故障预警。实验结果表明,该方法能够有效地对该火箭发动机启动阶段故障进行预警,具有工程应用价值。
针对航天器遥测数据异常检测时先验知识缺失、难以进行有监督条件下机器学习的问题,提出一种融合注意力机制的航天器信号智能异常检测算法。首先,通过注意力机制捕捉航天器遥测数据长距离特征,分析注意力关系矩阵为异常溯源提供指导。其次,采用堆叠自动编码器压缩数据维度并基于此重建输入信号,利用输入信号与重建信号间的残差获取误差重构序列。然后,基于窗口阈值法标记误差重构序列异常索引,实现航天器遥测信号异常检测。最后,通过多通道航天器遥测信号算例验证算法在提高航天器遥测信号异常检测性能与可解释能力的有效性。
