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考虑滑块动态特性的变质心四旋翼无人机双回路控制
1
作者 杜青峰 荆武兴 +1 位作者 高长生 安若铭 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期861-873,共13页
针对滑块动态特性引入的附加干扰力矩造成系统姿态抖动强烈的问题,开展变质心四旋翼无人机滑块参数设计与姿态/伺服双回路控制研究。通过建立双滑块变质心四旋翼无人机八自由度运动模型,明确了滑块的引入对系统的影响,给出了与滑块动态... 针对滑块动态特性引入的附加干扰力矩造成系统姿态抖动强烈的问题,开展变质心四旋翼无人机滑块参数设计与姿态/伺服双回路控制研究。通过建立双滑块变质心四旋翼无人机八自由度运动模型,明确了滑块的引入对系统的影响,给出了与滑块动态特性相关的各项附加干扰力矩;分析并设计了滑块的安装位置、质量以及行程等参数,降低滑块对系统的耦合与干扰;最后以滑块驱动力作为控制量,设计了姿态/伺服双回路动态滑模控制器,同时利用非线性扰动观测器对复合扰动进行估计和补偿,并进行了仿真试验。仿真结果表明,在考虑滑块动态特性的情况下,所设计的控制器能够实现对变质心四旋翼无人机的姿态控制,并具有良好的抗干扰性能与鲁棒性。 展开更多
关键词 变质心控制 四旋翼无人机 动态特性 动态滑模 双回路
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大质量比滚控式变质心飞行器动力学特性分析
2
作者 孙佳慧 胡玉东 +1 位作者 高长生 荆武兴 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期250-261,共12页
针对大质量比滚控式变质心再入飞行器结构参数设计问题,建立了包含活动体偏转运动的完整飞行器姿态伺服动力学模型,进而对活动体参数设计对姿态动力学耦合特性的影响展开分析研究。首先根据Routh准则给出了飞行器的纵向静稳定区域,并讨... 针对大质量比滚控式变质心再入飞行器结构参数设计问题,建立了包含活动体偏转运动的完整飞行器姿态伺服动力学模型,进而对活动体参数设计对姿态动力学耦合特性的影响展开分析研究。首先根据Routh准则给出了飞行器的纵向静稳定区域,并讨论了配平攻角与活动体配置参数间的关系。对飞行器系统的动力学耦合分析结果表明,活动体偏转在控制滚转姿态的同时会对偏航姿态产生影响,进而造成控制精度的下降,甚至导致不稳定的飞行状态。为了在飞行器结构参数的优化设计中提高飞行器的控制性能、最小化飞行器滚转机动对偏航通道的影响,采用多尺度法对活动体偏转与飞行器偏航姿态运动构成的耦合非线性动力学系统在不同构型参数下的稳态解析解进行幅频响应特性分析,并给出考虑滚转偏航耦合约束下的大质量比滚控式变质心飞行器构型设计方案。 展开更多
关键词 变质心飞行器 动力学耦合 非线性振动 结构参数设计
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基于滚动时域估计的高超声速飞行器轨迹跟踪
3
作者 臧红岩 王凯 +2 位作者 高长生 荆武兴 王越欣 《现代防御技术》 北大核心 2024年第2期132-144,共13页
针对高超声速飞行器高精度轨迹跟踪问题,提出一种将滚动时域估计与交互式多模型算法相结合的强机动目标轨迹跟踪算法。给出了半速度系下的高超声速飞行器滑翔段运动模型及量测模型。利用滚动时域估计方法将状态估计问题转化为有约束的... 针对高超声速飞行器高精度轨迹跟踪问题,提出一种将滚动时域估计与交互式多模型算法相结合的强机动目标轨迹跟踪算法。给出了半速度系下的高超声速飞行器滑翔段运动模型及量测模型。利用滚动时域估计方法将状态估计问题转化为有约束的优化问题,并充分考虑飞行器滑翔段物理约束。在此基础上,为应对目标不同机动模式,借助交互式多模型算法思想建立模型集对其进行近似。分别在机动模式不变和机动模式突变的情况下对算法进行了验证。结果表明,新算法采用多个模型并行估计,即时调整模型概率后进行融合输出,能够有效避免目标跟踪模型失配,可显著提高对于高超声速飞行器这类强机动目标的轨迹跟踪精度。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 滑翔段 强机动目标 轨迹跟踪 滚动时域估计 交互式多模型算法
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高超声速飞行器自适应鲁棒跟踪滤波算法
4
作者 梁新茹 高长生 荆武兴 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期752-763,共12页
针对高超声速飞行器在复杂空域飞行时,探测信息为非平稳且统计信息未知的非高斯闪烁噪声,提出了一种改进的鲁棒高斯-学生t混合分布滤波(RGSTMF)算法。首先,针对噪声的非高斯和非平稳特性,该算法利用高斯-学生t混合(GSTM)分布对量测噪声... 针对高超声速飞行器在复杂空域飞行时,探测信息为非平稳且统计信息未知的非高斯闪烁噪声,提出了一种改进的鲁棒高斯-学生t混合分布滤波(RGSTMF)算法。首先,针对噪声的非高斯和非平稳特性,该算法利用高斯-学生t混合(GSTM)分布对量测噪声进行建模。针对实际跟踪过程中存在的噪声统计特性未知问题,采用高斯-逆Wishart分布对量测噪声未知且时变的均值进行描述,并且采用伽马函数对学生t(ST)分布的自由度进行建模。引入伯努利随机变量和隐变量,将建模好的GSTM分布模型描述成分层高斯状态空间。基于构建的分层高斯状态空间模型,通过变分贝叶斯算法,完成对RGSTMF算法的推导。仿真结果表明,在复杂空域噪声的探测信息异常值出现以及探测信息统计特征未知时,所提出的算法能有效提高跟踪滤波的精度和鲁棒性。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 高斯-学生t混合分布 变分贝叶斯算法 鲁棒跟踪
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空间交会寻的最优轨道机动 被引量：23
5
作者 荆武兴 耿云海 +1 位作者 杨旭 吴瑶华 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 1998年第2期22-27,共6页
研究了交会寻的阶段的燃料优化问题。在经典Ｃ－Ｗ方法基础上，导出了考虑第一次脉冲位置的双脉冲寻的燃料优化方法。当寻的时间给定时，优化变量为第一次脉冲启动的时刻；当寻的时间不定时，优化变量为第一次脉冲启动的时刻和寻的时间... 研究了交会寻的阶段的燃料优化问题。在经典Ｃ－Ｗ方法基础上，导出了考虑第一次脉冲位置的双脉冲寻的燃料优化方法。当寻的时间给定时，优化变量为第一次脉冲启动的时刻；当寻的时间不定时，优化变量为第一次脉冲启动的时刻和寻的时间。仿真结果表明，考虑和不考虑第一次脉冲位置，燃料消耗差别悬殊。对于地面站较少、要求寻的时间比较长的情况，该方法有重要意义。 展开更多
关键词 航天器 交会 轨道机动 燃料消耗量 优化 对接
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航天器姿态机动的拟欧拉角反馈控制 被引量：13
6
作者 荆武兴 黄文虎 +1 位作者 吴瑶华 杨涤 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 1994年第2期41-47,共7页
本文采用四元数法给出了航天器姿态机动的动力学模型，通过引入一种拟欧拉角，根据最优控制理论建立了一种姿态反馈开关控制逻辑，并对闭环系统的稳定性进行了分析。仿真结果验证了所述方法的有效性。
关键词 姿态控制 反馈控制 姿态动力学
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反导拦截飞行方案及时间窗口快速搜索算法 被引量：10
7
作者 荆武兴 李罗钢 高长生 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期1256-1261,共6页
反导拦截导弹的飞行方案及发射时间窗口随发射点及预测命中点的位置变化而变化。在不同发射场景中,快速设计反导拦截导弹的飞行方案及发射时间窗口可以有效提高反导拦截系统的反应能力。针对该问题,综合考虑了地球J2项摄动、地球自转、... 反导拦截导弹的飞行方案及发射时间窗口随发射点及预测命中点的位置变化而变化。在不同发射场景中,快速设计反导拦截导弹的飞行方案及发射时间窗口可以有效提高反导拦截系统的反应能力。针对该问题,综合考虑了地球J2项摄动、地球自转、科里奥利力等因素的影响,建立了拦截导弹在地球三维空间中的动力学模型,并提出了一种基于迭代最小二乘的飞行方案及发射时间窗口的快速搜索设计算法。最后,通过相关仿真计算验证了所提方法的合理性。 展开更多
关键词 反导拦截导弹 飞行方案 时间窗口 迭代最小二乘 快速搜索设计
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基于交会概念的最省燃料共面有限推力轨道转移方法 被引量：5
8
作者 荆武兴 吴瑶华 杨涤 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第4期132-135,25,共5页
基于交会概念研究了卫星在平面内的最省燃料有限推力轨道转移问题。假设有一个飞行器已经在目标轨道上运动,此飞行器称为虚拟卫星。发动机推力大小为常值,方向可调。提供了适合于同平面轨道转移的卫星相对运动动力学模型,用Pontryagin... 基于交会概念研究了卫星在平面内的最省燃料有限推力轨道转移问题。假设有一个飞行器已经在目标轨道上运动,此飞行器称为虚拟卫星。发动机推力大小为常值,方向可调。提供了适合于同平面轨道转移的卫星相对运动动力学模型,用Pontryagin极大值原理导出了最省燃料的推力控制策略,建立了状态和共轭状态的初始边界条件。给出了两点边值问题的迭代变量与迭代算法。仿真例子考虑卫星由低圆轨道向同平面高圆轨道的小推力过渡,仿真结果验证了所提供方法的有效性。 展开更多
关键词 轨道转移 交会 最优控制 有限推力 卫星
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基于拟欧拉角信号的连续力矩姿态机动控制 被引量：6
9
作者 荆武兴 韩品尧 +1 位作者 王学孝 吴瑶华 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 1996年第2期6-12,共7页
用拟欧拉角和飞行器绝对角速度作反馈信号，设计了连续力矩姿态机动控制律。选择反馈阻尼参数，使系统呈现临界阻尼或过阻尼状态，在机动开始时刻，如果姿态四元数的标部不为零，则整个控制过程不存在奇异性；如果姿态四元数的标部为零... 用拟欧拉角和飞行器绝对角速度作反馈信号，设计了连续力矩姿态机动控制律。选择反馈阻尼参数，使系统呈现临界阻尼或过阻尼状态，在机动开始时刻，如果姿态四元数的标部不为零，则整个控制过程不存在奇异性；如果姿态四元数的标部为零，经过初始化处理，可转化为标部不为零的情形。 展开更多
关键词 拟欧拉角 反馈控制 姿态机动控制
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基于交会概念的最省燃料异面有限推力轨道转移研究 被引量：9
10
作者 荆武兴 吴瑶华 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第2期124-128,共5页
基于交会概念研究了卫星在三维空间的最省燃料有限推力轨道转移问题。假设有一个飞行器已经在目标轨道上运动，此飞行器称为虚拟卫星。只要控制真实卫星与虚拟卫星软交会，就实现＊了真实卫星向目标轨道的转移。假定发动机推力大小为... 基于交会概念研究了卫星在三维空间的最省燃料有限推力轨道转移问题。假设有一个飞行器已经在目标轨道上运动，此飞行器称为虚拟卫星。只要控制真实卫星与虚拟卫星软交会，就实现＊了真实卫星向目标轨道的转移。假定发动机推力大小为常值，方向可调。提供了真实卫星的相对运＊动动力学模型，用Ｐｏｎｔｒｙａｇｉｎ极大值原理导出了最省燃料的推力控制策略，建立了状态和共轭状态的初始边界条件。导出的两点边值问题由牛顿代方法求解。仿真结果验证了所提供方法的有效性。 展开更多
关键词 轨道转移 交会 最优控制 有限元推力 飞行器
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基于陀螺测量信息的航天器突变参数识别方法 被引量：4
11
作者 荆武兴 韦文书 高长生 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第9期1928-1932,共5页
利用速率陀螺的测量信息研究了航天器质量特性参数突变的识别问题。基于物理学原理建立了航天器转动和速率陀螺的数学模型;对航天器的结构布局进行分析,提出了辨识策略和算法;利用条件数和奇异值分解理论对测量矩阵进行分析,观察突变参... 利用速率陀螺的测量信息研究了航天器质量特性参数突变的识别问题。基于物理学原理建立了航天器转动和速率陀螺的数学模型;对航天器的结构布局进行分析,提出了辨识策略和算法;利用条件数和奇异值分解理论对测量矩阵进行分析,观察突变参数的可辨识性及可辨识度;以某航天器为例,就其质量特性的可辨识性及可辨识度进行数值分析,并进行在轨辨识仿真。结果表明,当航天器参数突变后,按照所提的策略,其质量和质心位置可以辨识,且质心位置的可辨识度高于质量。 展开更多
关键词 航天器 质量特性辨识 可辨识性 辨识度
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相对运动有限推力轨道控制 被引量：4
12
作者 荆武兴 杨涤 吴瑶华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1993年第2期35-41,共7页
本文讨论在相对运动体制下,追踪飞行器的轨道控制问题。追踪飞行器轨道控制执行机构为常值推力的轨控发动机。文中给出了一种状态反馈开关控制逻辑,仿真结果验证了该控制逻辑的可行性。
关键词 反馈控制逻辑 轨道 控制 有限推力
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引力引起的空间站轨道与姿态耦合动力学方程的建立和计算 被引量：2
13
作者 荆武兴 杨涤 +1 位作者 吴瑶华 王学孝 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1991年第3期53-59,共7页
在重力作为耦合源的情况下,本文建立了适合于数值计算的空间站轨道与姿态耦合动力学方程,摄动因素计及了J_2、J_3、J_4、J_5、J_6球带调谐项的影响,姿态运动的参考轨道取为空间站的有摄轨道。计算结果表明了所建耦合动力学模型的数值实... 在重力作为耦合源的情况下,本文建立了适合于数值计算的空间站轨道与姿态耦合动力学方程,摄动因素计及了J_2、J_3、J_4、J_5、J_6球带调谐项的影响,姿态运动的参考轨道取为空间站的有摄轨道。计算结果表明了所建耦合动力学模型的数值实用性。 展开更多
关键词 飞行器 空间站 轨道 姿态 耦合
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关于Hill方程的一点思考 被引量：4
14
作者 荆武兴 吴瑶华 王学孝 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第2期120-123,共4页
对近圆相对运动中Ｈｉｌｌ方程的精度进行了理论分析，指出Ｈｉｌｌ方程的发散性质是由于没有计及非线性影响造成的。给出了Ｈｉｌｌ方程的改进形式，仿真表明，改进形式比经典Ｈｉｌｌ方程更符合实际情况。
关键词 飞行器 运动学 Hill方程
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AOTV的极小时间控制 被引量：4
15
作者 荆武兴 杨涤 吴瑶华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1992年第4期9-16,共8页
本文研究了在共面圆轨道HEO-LEO的过程中,气动辅助轨道转移飞行器(AOTV)在大气内飞行的极小时间控制问题。应用Pontriagin极大值原理导出了AOTV在大气内飞行的极小时间控制规律。以AOTV从地球同步轨道向同平面500公里高度圆轨道过渡为例... 本文研究了在共面圆轨道HEO-LEO的过程中,气动辅助轨道转移飞行器(AOTV)在大气内飞行的极小时间控制问题。应用Pontriagin极大值原理导出了AOTV在大气内飞行的极小时间控制规律。以AOTV从地球同步轨道向同平面500公里高度圆轨道过渡为例,大气密度采用US.62标准大气密度,仿真结果表明,按照极小时间控制规律,AOTV一次经过大气层进入LEO需要的特征速度增量仅为纯推力Hohmann转移所需特征速度增量的43.8％,大气内飞行的时间约20分钟。 展开更多
关键词 轨道转移 系统控制 边值问题
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基于高动态GPS接收机输出数据的卫星自主导航 被引量：3
16
作者 荆武兴 崔乃刚 巨涛 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2000年第6期23-29,共7页
为了减轻地面测控站的压力 ,研究了利用高动态 GPS数据进行卫星自主导航的方法 ;给出了旋转地球坐标系下的报轨动力学模型 ,在 N点位置误差最小二乘指标下 ,导出了一种计算卫星初始状态的迭代算法 ;用某型号接收机输出的位置数据 ,进行... 为了减轻地面测控站的压力 ,研究了利用高动态 GPS数据进行卫星自主导航的方法 ;给出了旋转地球坐标系下的报轨动力学模型 ,在 N点位置误差最小二乘指标下 ,导出了一种计算卫星初始状态的迭代算法 ;用某型号接收机输出的位置数据 ,进行了报轨算法的检验 ,验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 全球定位系统 卫星自主导航 高动态GPS数据 对地成像卫星
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摄动双积分系统的时间－燃料次优反馈控制 被引量：2
17
作者 荆武兴 崔平远 +1 位作者 杨涤 吴瑶华 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第3期264-270,共7页
本文研究了摄动双积分系统的时间－燃料最优控制问题，用理想双积分系统时间－燃料最优切换线的改进形式，构造了摄动双积分系统的反馈控制律，证明了闭环系统的鲁棒收敛性．算例表明，反馈控制律与最优控制律具有相近的控制结果．
关键词 双积分系统 时间 燃料 反馈控制
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连续力矩作用下的柔性航天器再定向与振动抑制 被引量：3
18
作者 荆武兴 徐世杰 吴瑶华 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第4期31-40,共10页
研究带两帆板航天器的三维再定向与振动抑制问题 ,执行机构为反作用轮。建立了柔性空间飞行器三轴耦合姿态动力学模型和四元数姿态运动学模型 ,建模时考虑了帆板的弯曲变形和扭转变形。采用拟欧拉角及角速度作为反馈信号 ,设计了一种PD... 研究带两帆板航天器的三维再定向与振动抑制问题 ,执行机构为反作用轮。建立了柔性空间飞行器三轴耦合姿态动力学模型和四元数姿态运动学模型 ,建模时考虑了帆板的弯曲变形和扭转变形。采用拟欧拉角及角速度作为反馈信号 ,设计了一种PD控制律。该控制律可以用于对任意目标姿态的再定向而形式保持不变。用Lyapunov方法证明了姿态的渐近稳定性和模态振动的衰减性。非线性闭环系统的仿真结果验证了所设计控制律不仅能够使航天器完成对任意目标姿态的再定向 。 展开更多
关键词 柔性航天器 姿态再定向 振动 带两帆板航天器
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空间飞行器大角度姿态跟踪机动问题研究 被引量：6
19
作者 荆武兴 徐世杰 《飞行力学》 CSCD 北大核心 1999年第3期86-91,共6页
研究了姿态跟踪机动问题⒀通过引入视线坐标系⑿将时变终端条件的控制问题转化为定边界的控制问题⒀建立了飞行器相对于视线坐标系的四元数姿态运动学模型⑿提供了由已知信息计算姿态四元数的函数关系⒀引入了拟欧拉角变换⑿基于拟欧拉... 研究了姿态跟踪机动问题⒀通过引入视线坐标系⑿将时变终端条件的控制问题转化为定边界的控制问题⒀建立了飞行器相对于视线坐标系的四元数姿态运动学模型⑿提供了由已知信息计算姿态四元数的函数关系⒀引入了拟欧拉角变换⑿基于拟欧拉角信号设计了跟踪机动控制律⒀通过对空间预警卫星监视低轨道飞行器问题的仿真⑿验证了设计方法的正确性⒀ 展开更多
关键词 姿态跟踪 大角度机动 非线性控制 航天器
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对接飞行器大角度姿态机动控制 被引量：2
20
作者 荆武兴 杨涤 吴瑶华 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1993年第4期106-111,共6页
建立了适用于追踪飞行器大角度姿态机动控制的数学模型,以时间最短为最优控制指标,通过一个高矩阵变换,利用极小时同控制原理建立了相对姿态运动中俯仰-偏航双轴机动、滚转单轴稳定的极小时同反馈控制律.仿真结果验证了所给模型及控制... 建立了适用于追踪飞行器大角度姿态机动控制的数学模型,以时间最短为最优控制指标,通过一个高矩阵变换,利用极小时同控制原理建立了相对姿态运动中俯仰-偏航双轴机动、滚转单轴稳定的极小时同反馈控制律.仿真结果验证了所给模型及控制方法的有效性。 展开更多
关键词 姿态动力学 姿态机动 对接飞行器
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