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航天结构空间组装动力学与控制研究进展
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作者 吴志刚 蒋建平 +4 位作者 邬树楠 李庆军 王兴 谭述君 邓子辰 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期344-390,共47页
空间组装是建造空间站、大型卫星天线、大口径空间望远镜、空间太阳能电站等大型和超大型航天结构的重要手段.然而,航天结构组装过程将面临构型增长、参数变化、轨道-姿态-结构耦合、接触碰撞等复杂的动力学与控制问题,给精准、高效、... 空间组装是建造空间站、大型卫星天线、大口径空间望远镜、空间太阳能电站等大型和超大型航天结构的重要手段.然而,航天结构组装过程将面临构型增长、参数变化、轨道-姿态-结构耦合、接触碰撞等复杂的动力学与控制问题,给精准、高效、稳定完成组装任务带来挑战.本文介绍了大型航天结构的动力学建模方法、超大型航天结构特殊的动力学现象、航天结构空间组装过程的动力学建模研究现状;综述了航天结构在轨运行阶段的控制方法、空间组装过程的组装序列规划方法、姿态控制与振动抑制方法研究进展;总结了航天结构组装过程动力学与控制地面模拟试验中的重力卸载、缩比模型设计与试验、非线性与不确定性试验等关键技术.最后,面向未来千米量级超大型航天结构空间组装需求,针对组装过程中结构尺寸、质量和力学参数跃变等特性提出了当前研究工作中亟须解决的几类动力学与控制问题. 展开更多
关键词 大型航天结构 超大型航天结构 航天器动力学 航天器控制 空间组装 地面模拟试验
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基于变遗忘因子的空间太阳能电站时变频率辨识
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作者 倪智宇 李自森 +1 位作者 邬树楠 吴晨晨 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2470-2481,共12页
考虑空间太阳能电站(SSPS)在轨运行时帆板旋转所导致的系统变构型特征,提出一种变遗忘因子广义子空间跟踪器(VFF-GYAST)递推辨识方法,在轨辨识该时变动力学系统的模态频率参数,以提高GYAST方法对于这类时变系统的跟踪能力。基于模态综... 考虑空间太阳能电站(SSPS)在轨运行时帆板旋转所导致的系统变构型特征,提出一种变遗忘因子广义子空间跟踪器(VFF-GYAST)递推辨识方法,在轨辨识该时变动力学系统的模态频率参数,以提高GYAST方法对于这类时变系统的跟踪能力。基于模态综合技术和子结构方法,建立多旋转关节构型SSPS(MJ-SSPS)的时变姿态-振动耦合动力学方程;根据投影子空间理论,通过计算系统均方差来确定递推过程中的时变遗忘因子,以提高GYAST方法的跟踪性能并辨识得到系统的时变伪模态频率参数。数值仿真结果表明:所提方法能够有效地识别该大型柔性系统的时变频率参数。与传统的递推子空间方法相比,所提方法具有较高的抗噪声干扰能力,在低量测信噪比时所提方法对于频率辨识结果的相对误差的平均值小于5%,且对时变系统的跟踪性能优于基于固定遗忘因子的原始方法。 展开更多
关键词 模态参数辨识 递推子空间方法 空间太阳能电站 时变系统 变遗忘因子
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大型航天结构在轨组装阶段作动器布局优化 被引量:1
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作者 邬树楠 周威亚 +2 位作者 叶哲 李庆军 邓子辰 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2023年第3期1-9,共9页
在轨组装阶段的大型航天结构具备“离散渐增”的特点,组装阶段其构型与参数不断改变.与固定构型航天结构不同,如何合理配置作动器以抑制组装过程中的结构振动目前还未见深入研究.针对这一问题,提出一种适用于大型航天结构在轨组装阶段... 在轨组装阶段的大型航天结构具备“离散渐增”的特点,组装阶段其构型与参数不断改变.与固定构型航天结构不同,如何合理配置作动器以抑制组装过程中的结构振动目前还未见深入研究.针对这一问题,提出一种适用于大型航天结构在轨组装阶段的作动器分布式优化配置方法.根据结构模块化设计的特点,给出大型航天结构组装阶段作动器分布式优化配置的设计思路.建立面向组装阶段作动器布局优化的桁架结构动力学模型,并给出用于优化配置的目标函数.提出结合天牛须搜索的改进粒子群算法,以解决优化配置问题.最后给出在轨组装阶段作动器布局优化的数值仿真.结果表明通过改进的混合粒子群算法实现了大型航天结构在轨组装阶段的作动器分布式最优配置. 展开更多
关键词 在轨组装 分布式优化 混合粒子群算法 大型航天结构 作动器
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在轨组装空间结构面向主动控制的动力学建模 被引量:13
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作者 王恩美 邬树楠 吴志刚 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期805-816,共12页
在轨组装是未来超大型空间结构最有发展潜力的构建方式之一,组装过程中空间结构尺寸逐渐增长、动力学特性也随之改变,给结构主动控制任务带来了新的挑战.针对这一问题,提出一种在轨组装空间结构面向主动控制的动力学建模方法.首先,建立... 在轨组装是未来超大型空间结构最有发展潜力的构建方式之一,组装过程中空间结构尺寸逐渐增长、动力学特性也随之改变,给结构主动控制任务带来了新的挑战.针对这一问题,提出一种在轨组装空间结构面向主动控制的动力学建模方法.首先,建立不同类别组装模块的基础模型库,以用于后续直接调用;然后,定义模块的邻接关系矩阵以描述在轨组装过程中空间结构的变化,并根据在轨组装任务特点,设计了面向分布式控制的智能组件结构形式;在有限元建模方法的基础上提出"节点自由度加载"方法,利用模块的基础模型库与邻接关系矩阵,分别建立智能组件和空间结构整体的动力学模型,该模型可随组装的进行同步自适应更新;最后,以在轨组装桁架结构为例,给出组装碰撞冲击下动力学建模与分布式主动控制数值仿真.结果表明,在轨组装过程中桁架结构整体的动力学特性有明显的变化,主动控制非常必要;基于提出的建模方法,可高效地建立构型多样的在轨组装空间结构动力学模型;智能组件的动力学模型在组装过程中可进一步根据邻接关系矩阵限定更新范围,适用于在轨组装过程中的分布式主动控制系统设计. 展开更多
关键词 在轨组装 超大型空间结构 分布式控制 智能组件 有限元方法
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基于一致性理论的卫星太阳能帆板分布式振动控制 被引量:3
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作者 周威亚 邬树楠 王恩美 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期909-917,共9页
针对卫星太阳能帆板的振动抑制问题,本文提出一种基于一致性理论的分布式振动控制方法。首先,依据智能组件的定义建立面向分布式控制的太阳能帆板整体结构动力学模型;然后,根据图论和一致性理论设计抑制帆板振动的分布式控制器,控制器... 针对卫星太阳能帆板的振动抑制问题,本文提出一种基于一致性理论的分布式振动控制方法。首先,依据智能组件的定义建立面向分布式控制的太阳能帆板整体结构动力学模型;然后,根据图论和一致性理论设计抑制帆板振动的分布式控制器,控制器由反馈镇定项和一致性协同项两部分构成;基于Lyapunov理论分析闭环系统的稳定性和鲁棒容错能力;最后,设计不同情况的数值算例,验证所提分布式控制方法的有效性。仿真结果显示,基于一致性理论的分布式振动控制方法不但能够有效地抑制卫星太阳能帆板的振动,提高系统的动态性能,还具有良好的鲁棒容错能力。 展开更多
关键词 分布式控制 卫星太阳能帆板 智能组件 振动控制 一致性理论
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空间太阳能电站的长期轨道动力学建模与分析
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作者 文生辉 邬树楠 +2 位作者 马雪 彭海军 吴志刚 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S01期128-135,共8页
提出一种适用于空间太阳能电站的长期轨道动力学模型。以运行在地球静止轨道的Abacus型空间太阳能电站为对象,首先,为避免轨道倾角与偏心率为0产生的奇异,介绍并采用米兰科维奇矢量描述空间太阳电站的轨道动力学,依次建立影响其轨道的4... 提出一种适用于空间太阳能电站的长期轨道动力学模型。以运行在地球静止轨道的Abacus型空间太阳能电站为对象,首先,为避免轨道倾角与偏心率为0产生的奇异,介绍并采用米兰科维奇矢量描述空间太阳电站的轨道动力学,依次建立影响其轨道的4种摄动模型,包括地球非球形引力摄动、日月引力摄动、太阳光压摄动以及微波反冲摄动。随后,进一步分析轨道摄动中的周期项与非周期项,采用平均法对摄动中的周期项进行平均化处理,建立基于米兰科维奇矢量的空间太阳能电站长期轨道动力学方程。最后,通过数值仿真与传统非平均法模型进行对比,以验证所提出平均化动力学模型的优势。 展开更多
关键词 空间太阳能电站 太阳能发电卫星 长期轨道动力学 米兰科维奇矢量 平均法
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组合体航天器角速度信号深度学习降噪方法
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作者 初未萌 邬树楠 +1 位作者 刘宇飞 吴志刚 《动力学与控制学报》 2019年第6期584-592,共9页
服务航天器与非合作目标构成组合体航天器后,实际测量的角速度信号往往掺杂了较大噪声,这会严重影响后续控制的精度,但由于非合作目标惯性张量未知,导致无法根据模型信息对其有效降噪.针对上述问题,本文基于深度学习方法提出一种无需预... 服务航天器与非合作目标构成组合体航天器后,实际测量的角速度信号往往掺杂了较大噪声,这会严重影响后续控制的精度,但由于非合作目标惯性张量未知,导致无法根据模型信息对其有效降噪.针对上述问题,本文基于深度学习方法提出一种无需预先构建模型、完全由数据驱动的组合体航天器角速度信号降噪方法.首先给出采用深度学习方法对角速度进行降噪所需训练数据的生成过程;然后构建组合体航天器角速度信号降噪的深度网络模型,并提出该模型的优化方法和参数初始化方法;最后用测试数据对本文方法和小波降噪方法的降噪效果进行了比较,结果表明本文方法与小波降噪方法相比具有更好的降噪性能. 展开更多
关键词 深度学习 组合体航天器 非合作目标 信号降噪
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Attitude Control of a Flexible Solar Power Satellite Using Self-tuning Iterative Learning Control 被引量:2
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作者 GAO Yuan wu shunan LI Qingjun 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2022年第4期389-399,共11页
This paper proposes a self-tuning iterative learning control method for the attitude control of a flexible solar power satellite,which is simplified as an Euler-Bernoulli beam moving in space.An orbit-attitude-structu... This paper proposes a self-tuning iterative learning control method for the attitude control of a flexible solar power satellite,which is simplified as an Euler-Bernoulli beam moving in space.An orbit-attitude-structure coupled dynamic model is established using absolute nodal coordinate formulation,and the attitude control is performed using two control moment gyros.In order to improve control accuracy of the classic proportional-derivative control method,a switched iterative learning control method is presented using the control moments of the previous periods as feedforward control moments.Although the iterative learning control is a model-free method,the parameters of the controller must be selected manually.This would be undesirable for complicated systems with multiple control parameters.Thus,a self-tuning method is proposed using fuzzy logic.The control frequency of the controller is adjusted according to the averaged control error in one control period.Simulation results show that the proposed controller increases the control accuracy greatly and reduces the influence of measurement noise.Moreover,the control frequency is automatically adjusted to a suitable value. 展开更多
关键词 iterative learning control attitude control solar power satellite fuzzy control
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高宽恕特质个体的正性面孔注意偏向
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作者 武舒楠 白新文 《中国心理卫生杂志》 CSSCI CSCD 北大核心 2019年第7期535-539,共5页
目的:探索高宽恕特质个体的面孔注意偏向特点。方法:在特质性宽恕问卷得分前后27%的被试中选取高、低宽恕特质个体各28人完成阈上面孔刺激的点探测任务,另外选取高、低宽恕特质各30人完成阈下面孔刺激的点探测任务,考察4组被试对阈上与... 目的:探索高宽恕特质个体的面孔注意偏向特点。方法:在特质性宽恕问卷得分前后27%的被试中选取高、低宽恕特质个体各28人完成阈上面孔刺激的点探测任务,另外选取高、低宽恕特质各30人完成阈下面孔刺激的点探测任务,考察4组被试对阈上与阈下正、负性刺激的注意偏向特点。结果:在正性情绪面孔刺激下,高宽恕特质组的注意偏向值大于低宽恕特质组[(22.7±58.1)vs.(12.3±43.9),P<0.01];在阈下的正性情绪面孔刺激下,高宽恕特质组的注意偏向值大于低宽恕特质组[(19.3±46.3)vs.(6.0±66.2),P<0.01]。结论:本研究结果提示,高宽恕特质个体可能有正性面孔注意偏向,且这一偏向在阈下正性刺激条件下仍然存在。 展开更多
关键词 高宽恕特质个体 注意偏向 正性情绪面孔
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庄礼兴基于“动静”更迭针药结合治疗帕金森病运动并发症经验 被引量:1
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作者 刘鑫 许小燕 +4 位作者 雷苏英 刘清 吴姝楠 廖楷濠 庄礼兴 《中国针灸》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期941-946,共6页
介绍庄礼兴教授采用针药结合治疗帕金森病运动并发症的经验。庄礼兴教授基于帕金森病运动并发症“动静”更迭的特点,将其分为“动”期、“静”期、“交替”期3个不同时期,采用针药结合、分期治疗帕金森病运动并发症,以靳三针调神针(四... 介绍庄礼兴教授采用针药结合治疗帕金森病运动并发症的经验。庄礼兴教授基于帕金森病运动并发症“动静”更迭的特点,将其分为“动”期、“静”期、“交替”期3个不同时期,采用针药结合、分期治疗帕金森病运动并发症,以靳三针调神针(四神针、神庭、印堂、神门、三阴交)为主穴,配手颤三针(合谷、曲池、定颤)、足颤三针(阴陵泉、阳陵泉、太冲)、督三针(大椎、筋缩、命门)等穴组,以羚角钩藤汤、半夏白术天麻汤、八珍汤合补中益气汤、四逆汤合右归丸、小柴胡汤为主方进行治疗,能有效改善帕金森病运动并发症患者的运动症状波动,令其保持平稳的生活状态。 展开更多
关键词 帕金森病 运动并发症 靳三针 针药结合 名医经验 庄礼兴
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基于姿态信号分布测量的空间太阳能电站惯性张量参数辨识
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作者 倪智宇 李自森 +1 位作者 邬树楠 吴晨晨 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期209-221,共13页
当空间结构的尺寸较大时,集中布置的姿态传感器测量得到的信号会受到柔性振动的明显影响。为了减小结构振动对于姿态信号测量的影响,研究空间太阳能电站的姿态传感器分布式布置问题,并提出一种变遗忘因子耦合最小二乘方法辨识该结构的... 当空间结构的尺寸较大时,集中布置的姿态传感器测量得到的信号会受到柔性振动的明显影响。为了减小结构振动对于姿态信号测量的影响,研究空间太阳能电站的姿态传感器分布式布置问题,并提出一种变遗忘因子耦合最小二乘方法辨识该结构的惯性张量参数。该方法通过计算系统均方差来确定递推过程中的时变遗忘因子,之后基于姿态信号的分布式测量结果辨识得到系统的惯性张量参数。数值仿真结果表明对于这样一个大型柔性空间结构,姿态传感器的分布式布置能够在一定程度上降低振动对于姿态信号测量精度的影响,提高惯性张量参数的辨识精度。分析结果还证明了提出的算法能够有效地识别该大型柔性空间结构的惯性张量参数,具有抗噪声能力高和计算复杂度较低的特点。当量测信噪比为15 dB时,与传统的递推最小二乘方法相比,所提出的算法的平均相对误差的绝对值和相对值分别最大降低了25.4%和68.9%。 展开更多
关键词 惯性参数辨识 空间太阳能电站 传感器优化配置 大型柔性结构 变遗忘因子
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非接触式睡眠监测在老年慢性病健康管理中的优势和挑战 被引量:1
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作者 李璐 吴姝南 +1 位作者 李政林 杜鹏 《中国公共卫生管理》 2023年第4期526-528,共3页
老年人睡眠质量和睡眠时间是衡量个体健康的关键指标。传统的多导睡眠图(Polysomnography,PSG)是医学实践中睡眠监测的黄金标准,但其复杂性极大地限制了应用,同时也阻碍了在医院环境外更广的范围开展。在社区健康管理中,对居家老年人睡... 老年人睡眠质量和睡眠时间是衡量个体健康的关键指标。传统的多导睡眠图(Polysomnography,PSG)是医学实践中睡眠监测的黄金标准,但其复杂性极大地限制了应用,同时也阻碍了在医院环境外更广的范围开展。在社区健康管理中,对居家老年人睡眠时长、睡眠质量等各项睡眠指标进行长期稳定的监测和分析的需求日益增加。随着物联网(Internet of Things,IoT)等新一代信息技术的发展,将来非接触式智能床垫系统可以在睡眠中实时监测呼吸、心率、血压、血氧等指标,并能够将监测结果上传云端进行数据分析;医生也可以根据数据进行监测管理和健康指导,老年人及其子女也可以进行自我健康管理。随着非接触式睡眠监测系统在社区的推广与应用,非接触式睡眠监测系统可以参与到慢性病高危人群风险评估、健康咨询、健康管理、定制个性化服务等全链条健康管理服务产业中。 展开更多
关键词 慢性病 健康管理 居家老人 睡眠监测
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空间机器人抓捕非合作目标的自主强化学习控制 被引量:6
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作者 刘帅 邬树楠 +2 位作者 刘宇飞 吴志刚 毛子铭 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2019年第2期109-118,共10页
近年来,空间机器人在轨服务已成为许多国家的研究热点.本文针对空间机器人抓捕非合作目标任务,提出了一种强化学习控制与PD控制组成的双回路控制方法,对空间机器人基座平台姿态与机械臂运动进行控制.首先,对空间机器人的空间任务进行分... 近年来,空间机器人在轨服务已成为许多国家的研究热点.本文针对空间机器人抓捕非合作目标任务,提出了一种强化学习控制与PD控制组成的双回路控制方法,对空间机器人基座平台姿态与机械臂运动进行控制.首先,对空间机器人的空间任务进行分析,建立包含基座平台姿态与机械臂运动的空间机器人耦合动力学模型;然后,设计双回路控制系统分别对机械臂运动与基座平台姿态进行控制,内回路中将强化学习与模糊理论结合在一起设计控制器对机械臂末端运动进行控制,外回路中采用PD控制对基座平台姿态进行稳定控制;最后,使用所提控制方法进行数值仿真,并与传统PD控制方法作对比,验证所提控制方法的有效性.结果表明,强化学习控制下的机械臂运动过程平稳、控制精度高,与传统PD控制方法相比,具有一定的自主学习性,更加适应抓捕目标的非合作特性. 展开更多
关键词 空间机器人 非合作目标 强化学习 机械臂 模糊理论
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