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异构多星电磁编队静态构型设计与保持控制
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作者 蔡曜 杨盛庆 吴敬玉 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期376-388,共13页
针对异构多星电磁编队的空间静态构型设计,提出采用精确电磁力模型进行非线性修正的方法,解决了传统方法中由远场电磁力模型造成的构型求解误差问题。考虑编队静态构型设计存在待优化参数较多的问题,基于轨道相对运动方程与电磁力内力特... 针对异构多星电磁编队的空间静态构型设计,提出采用精确电磁力模型进行非线性修正的方法,解决了传统方法中由远场电磁力模型造成的构型求解误差问题。考虑编队静态构型设计存在待优化参数较多的问题,基于轨道相对运动方程与电磁力内力特性,可以推导一组关于编队各星质量与空间分布的静态构型必要条件,提出了一种参数降维的四面体构型设计方法,并基于所建精确电磁力模型,对静态构型解进行了非线性修正。针对编队闭环控制问题,设计了包含摄动前馈的滑模控制器,并使用精确电磁力模型修正磁矩,提高了磁矩分配的准确性。仿真结果表明,设计的四面体构型能够满足力和力矩平衡方程,基于精确电磁力模型的修正方法有效提升了构型设计与控制精度。 展开更多
关键词 卫星编队 异构电磁编队 四面体构型 静态构型设计 精确电磁
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利用人工势函数法的卫星电磁编队控制 被引量:10
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作者 苏建敏 董云峰 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期213-217,238,共6页
卫星电磁编队是指利用卫星之间相互作用的电磁力进行卫星相对运动控制,对控制律的要求主要是计算量小和能避免碰撞.以目标星对参考星的相对运动矢量作为控制对象,分析了使用电磁力控制卫星编队的可行性,结果是如果编队卫星磁矩能够任意... 卫星电磁编队是指利用卫星之间相互作用的电磁力进行卫星相对运动控制,对控制律的要求主要是计算量小和能避免碰撞.以目标星对参考星的相对运动矢量作为控制对象,分析了使用电磁力控制卫星编队的可行性,结果是如果编队卫星磁矩能够任意控制,那么卫星相对运动也能完全控制.设计了人工势函数,以相对位置和相对速度矢量作为变量,人工势函数在达到控制目标时为最小值,在碰撞的位置具有局部最大值.设计的控制律能够实时调整控制参数,能够保证电磁线圈控制电流不至于饱和,以及人工势函数导数在控制过程中小于零.仿真表明,所设计的控制律能生成编队构型并避免碰撞,而且具有一定的抗干扰性. 展开更多
关键词 人工势函数 电磁编队 避免碰撞 饱和 抗干扰
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近地轨道电磁编队飞行相对轨道动力学建模 被引量:2
3
作者 侯振东 曹喜滨 张锦绣 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期6-12,共7页
本文将电磁力引入编队飞行应用中,在考虑地球扁率和大气摄动情况下,建立了电磁编队飞行相对轨道动力学模型.基于磁偶极子假设,推导了编队飞行任意两颗卫星间电磁力模型,采用Hill方程的形式给出了电磁编队飞行的相对轨道动力学表述.分别... 本文将电磁力引入编队飞行应用中,在考虑地球扁率和大气摄动情况下,建立了电磁编队飞行相对轨道动力学模型.基于磁偶极子假设,推导了编队飞行任意两颗卫星间电磁力模型,采用Hill方程的形式给出了电磁编队飞行的相对轨道动力学表述.分别对编队飞行任意两颗卫星间电磁力、大气阻力以及地球扁率摄动进行线性化,得到了电磁编队飞行线性化相对轨道动力学模型.仿真结果表明,线性化相对轨道动力学模型合理可行,与非线性模型相比,运行3圈后误差为0.05~5 m,误差主要来自于电磁力线性化. 展开更多
关键词 电磁编队飞行 轨道动力学 磁偶极子 线性化
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电磁编队飞行建模与仿真研究 被引量:2
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作者 张剑波 庞艳杰 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2014年第1期64-67,110,共5页
电磁力编队是一类用内部势场力的创新编队模式。由于传统采用的喷气推进方式会产生羽流,污染临近卫星的光学器件。电磁力飞行方式,具有在长期在轨运行过程中无推进剂消耗且对航天器设备无污染的特点,已经逐渐成为下一代航天器编队飞行... 电磁力编队是一类用内部势场力的创新编队模式。由于传统采用的喷气推进方式会产生羽流,污染临近卫星的光学器件。电磁力飞行方式,具有在长期在轨运行过程中无推进剂消耗且对航天器设备无污染的特点,已经逐渐成为下一代航天器编队飞行研究的热点和前沿性课题。根据电磁力的卫星编队为背景,对电磁编队飞行进行了动力学建模研究,建立了惯性坐标系下的拉格朗日轨道动力学方程,对模型进行了线性化处理,得到了线性相对轨道动力学模型,通过mtlab仿真进行了模型验证,最终验证了模型和线性化处理的合理性。 展开更多
关键词 电磁编队飞行 轨道动力学 仿真
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近地轨道卫星电磁编队的动力学建模
5
作者 唐晓腾 林子扬 +4 位作者 谢志兴 杨亮亮 林静滢 贾征旗 王强 《闽江学院学报》 2017年第5期27-35,共9页
以电磁编队飞行动力学为研究对象,建立基于地心惯性坐标系的电磁编队动力学方程,推导出相对轨道动力学模型.考虑到工作姿态对于编队卫星工作的重要性,对基于反应轮调整卫星姿态的姿态动力学方程也进行了公式推导.该工作可以为后续的电... 以电磁编队飞行动力学为研究对象,建立基于地心惯性坐标系的电磁编队动力学方程,推导出相对轨道动力学模型.考虑到工作姿态对于编队卫星工作的重要性,对基于反应轮调整卫星姿态的姿态动力学方程也进行了公式推导.该工作可以为后续的电磁编队控制方案及其仿真的研究工作提供必要的理论基础. 展开更多
关键词 电磁编队 动力学 轨道机动 姿态动力学
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近地轨道集群航天器电磁编队飞行非线性反馈控制方法 被引量:1
6
作者 胡敏 曾国强 党朝辉 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期417-423,共7页
针对近地轨道集群航天器电磁编队飞行的动力学和控制问题,提出了一种非线性反馈控制方法.基于电磁力模型和地磁场模型,分析了地磁场对近地轨道电磁编队的影响;建立了集群航天器电磁编队高精度相对轨道动力学模型;基于Lyapunov稳定性理... 针对近地轨道集群航天器电磁编队飞行的动力学和控制问题,提出了一种非线性反馈控制方法.基于电磁力模型和地磁场模型,分析了地磁场对近地轨道电磁编队的影响;建立了集群航天器电磁编队高精度相对轨道动力学模型;基于Lyapunov稳定性理论设计了一种非线性反馈控制律,利用该方法对两星电磁编队维持控制进行了仿真验证.仿真结果表明,地磁场引起的电磁干扰力可以忽略,但是电磁干扰力矩的影响必须考虑;近地轨道集群航天器电磁编队是可控的,所设计的控制方法是可行的. 展开更多
关键词 近地轨道 集群航天器 电磁编队 地磁场 非线性反馈控制
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基于终端滑模的集群航天器电磁编队有限时间控制 被引量:2
7
作者 胡敏 曾国强 《航天控制》 CSCD 北大核心 2011年第6期22-27,33,共7页
针对集群航天器电磁编队系统强非线性的动力学特性,提出了一种基于非奇异终端滑模的有限时间控制方法。首先,建立了电磁力模型,分析了远场偶极子模型的适用范围;其次,建立了电磁编队动力学方程;接着,针对非线性动力学方程,设计了有限时... 针对集群航天器电磁编队系统强非线性的动力学特性,提出了一种基于非奇异终端滑模的有限时间控制方法。首先,建立了电磁力模型,分析了远场偶极子模型的适用范围;其次,建立了电磁编队动力学方程;接着,针对非线性动力学方程,设计了有限时间收敛的非奇异终端滑模面和控制律,使控制方法对电磁力模型不确定性具有鲁棒性,同时证明了系统状态可在有限时间内到达滑模面,而且也可在有限时间内收敛到零;最后,针对本文提出的方法进行了数值仿真。结果表明:当星间距离大于线圈半径的6.76倍时,远场偶极子模型的估计误差小于10%。基于终端滑模的有限时间控制方法相比线性二次型最优控制具有更快的收敛性能。 展开更多
关键词 集群航天器 电磁编队 磁偶极子 远场模型 终端滑模 有限时间收敛
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基于伪谱法电磁编队六自由度最优控制 被引量:1
8
作者 陈晶 岳晓奎 《电子设计工程》 2015年第13期46-48,51,共4页
电磁编队飞行具有广泛的应用前景。针对电磁编队的重构问题,首先建立了六自由度的相对运动模型,从而实现编队相对位置和相对姿态的协同控制。编队的重构问题可视为最优控制问题,可通过伪谱法将其转化为有约束的非线性规划问题。针对系... 电磁编队飞行具有广泛的应用前景。针对电磁编队的重构问题,首先建立了六自由度的相对运动模型,从而实现编队相对位置和相对姿态的协同控制。编队的重构问题可视为最优控制问题,可通过伪谱法将其转化为有约束的非线性规划问题。针对系统的非线性和耦合性,提出了一种高精度的数值解法,用于重构轨迹的生成。仿真结果验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 电磁编队飞行 伪谱法 最优控制 六自由度
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基于快速终端滑模的电磁编队飞行控制
9
作者 梁袁 吴发林 +1 位作者 付勇 陈杰敏 《空间电子技术》 2017年第2期13-18,24,共7页
电磁编队飞行具有无羽流污染、连续可逆等优点,拥有广泛的应用前景。针对星间电磁力控制的强非线性问题,根据电磁作用的远场模型,建立了星间电磁力与力矩模型;建立了Hill坐标系下双星相对运动的动力学方程,并基于快速终端滑模控制理论,... 电磁编队飞行具有无羽流污染、连续可逆等优点,拥有广泛的应用前景。针对星间电磁力控制的强非线性问题,根据电磁作用的远场模型,建立了星间电磁力与力矩模型;建立了Hill坐标系下双星相对运动的动力学方程,并基于快速终端滑模控制理论,设计了双星电磁编队构型保持过程中的相对位置控制器;与线性滑模控制器进行仿真对比分析,表明所设计的控制器控制精度高,收敛速度快。 展开更多
关键词 电磁编队 编队保持 终端滑模 线性滑模
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电推进在电磁编队飞行碰撞规避控制中的应用
10
作者 白敬 王婷 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》 CAS 2019年第2期180-185,共6页
由于地球磁场的影响,电磁编队可以在近地轨道稳定飞行,通过改变电磁卫星磁极的电流大小来保持一定的编队队形.虽然地球磁场通常被看作偶极场,并随地球旋转,但地球磁场与电磁力场之间的相互作用被认为是一种内力.当电磁卫星编队突然遇到... 由于地球磁场的影响,电磁编队可以在近地轨道稳定飞行,通过改变电磁卫星磁极的电流大小来保持一定的编队队形.虽然地球磁场通常被看作偶极场,并随地球旋转,但地球磁场与电磁力场之间的相互作用被认为是一种内力.当电磁卫星编队突然遇到障碍物需要积极避障时,电磁力作为内力不能改变编队方向,因此,必须对电磁卫星编队施加外力,以实现碰撞规避控制.本文研究了电推进技术在电磁卫星编队碰撞规避中的应用.在此过程中,电推进提供编队转向所需的外部推力,而电磁力作为辅助推力共同作用实现碰撞规避.电推进采用多模态霍尔推力器,基于模糊推断的LQR重构控制方法进行碰撞规避过程的控制,并通过数字仿真验证了控制方法的有效性. 展开更多
关键词 电磁卫星编队 重构控制 电推进 碰撞规避 近地轨道
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近地轨道小卫星编队飞行的电磁控制研究 被引量:1
11
作者 李中文 曾国强 +1 位作者 姚红 胡敏 《科学技术与工程》 2011年第23期5735-5739,共5页
电磁编队飞行(EMFF)有广泛的应用前景,使得编队寿命不再受推进剂携带量的限制,避免了推进剂造成的光学干扰和设备污染。首先基于Hill方程,建立了双星绕飞电磁编队的相对运动模型。其次,利用电磁作用的远场磁偶极子模型设计了电磁编队的... 电磁编队飞行(EMFF)有广泛的应用前景,使得编队寿命不再受推进剂携带量的限制,避免了推进剂造成的光学干扰和设备污染。首先基于Hill方程,建立了双星绕飞电磁编队的相对运动模型。其次,利用电磁作用的远场磁偶极子模型设计了电磁编队的反馈控制律,求解了编队维持所需的控制力。最后利用Simulink搭建了仿真系统,分析了闭环控制系统的收敛性和电磁控制力大小。仿真结果表明电磁力控制卫星编队飞行是可行的,所设计的控制方法是有效的。 展开更多
关键词 电磁编队 Hill方程 磁偶极子 SIMULINK
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水面舰艇编队电磁兼容管理系统方案初步研究 被引量:1
12
作者 王萌 《舰船科学技术》 2011年第B08期96-99,共4页
提出水面舰艇编队电磁兼容管理系统的组成,分析各个模块的功能,研究编队电磁兼容系统的接口关系和工作流程,提出水面舰艇编队电磁兼容管理系统初步构想,为研制水面舰艇编队电磁兼容管理系统提供参考。
关键词 水面舰艇 编队电磁兼容管理系统
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基于电磁力与力矩的航天器运动控制的研究进展 被引量:1
13
作者 秦琰 董文博 赵黎平 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2020年第5期18-26,41,共10页
电磁力与力矩是一种非接触式的相互作用力与力矩.将通电线圈或磁铁放在磁场中会受到电磁力与力矩的作用.多个通电线圈或磁铁相互作用时,在彼此构成的磁场中也会受到电磁力与力矩的作用.作为一种非接触的力与力矩,电磁力与力矩在航天器... 电磁力与力矩是一种非接触式的相互作用力与力矩.将通电线圈或磁铁放在磁场中会受到电磁力与力矩的作用.多个通电线圈或磁铁相互作用时,在彼此构成的磁场中也会受到电磁力与力矩的作用.作为一种非接触的力与力矩,电磁力与力矩在航天器的姿态与相对位置控制系统中已有了广泛和深入的应用.本文主要介绍近年来由航天器上电磁装置受到地磁场作用产生电磁力矩在姿态控制中的应用,和带有电磁机构的多航天器间相互作用控制多航天器间相对位姿的应用等. 展开更多
关键词 非接触电磁 电磁编队 电磁对接 执行机构
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分离模块集群航天器发展概况 被引量:11
14
作者 胡敏 曾国强 《装备指挥技术学院学报》 2011年第4期61-66,共6页
分离模块集群航天器是分布式空间系统的一种创新应用。从拓扑结构、自组织网络、无线通信、集群飞行导航与控制、分布式计算,以及无线能量传输6个方面概述了分离模块集群航天器的发展状况,介绍了分离模块集群航天器的任务——昴宿星计划... 分离模块集群航天器是分布式空间系统的一种创新应用。从拓扑结构、自组织网络、无线通信、集群飞行导航与控制、分布式计算,以及无线能量传输6个方面概述了分离模块集群航天器的发展状况,介绍了分离模块集群航天器的任务——昴宿星计划,分析了分离模块集群航天器的性能特点以及应用前景,以期为发展我国的分离模块集群航天器提供参考。 展开更多
关键词 分离模块集群航天器 自组织网络 电磁编队 无线能量传输 昴宿星计划 快速响应空间
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Formation keeping control through inter-satellite electromagnetic force 被引量:4
15
作者 CAI WeiWei YANG LePing +1 位作者 ZHU YanWei ZHANG YuanWen 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2013年第5期1102-1111,共10页
Satellite formation keeping through inter-satellite electromagnetic force provides an attractive alternative for future space missions due to its distinct advantages of no propellant consumption or plume contamination... Satellite formation keeping through inter-satellite electromagnetic force provides an attractive alternative for future space missions due to its distinct advantages of no propellant consumption or plume contamination as compared to conventional approaches.However,the internal force nature as well as the high nonlinearity and coupling of electromagnetic force brings new control challenges for this novel technique.In this paper,analysis on the dynamics characteristics and special control issues in the presence of electromagnetic force is carried out on the basis of the derived relatively translational dynamics.Considering the model uncertainties,external disturbances and sensor noise,a combined nonlinear control scheme involving feed-forward and feedback control components is proposed for electromagnetic-force-based formation keeping.The feed-forward component is directly obtained through desired configuration and dynamics under nominal conditions while the feedback component is realized utilizing active disturbance rejection control methodology with some reasonable improvement.Numerical simulation is presented to verify the feasibility and validity of the combined control scheme. 展开更多
关键词 inter-satellite electromagnetic force formation keeping dynamics analysis active disturbance rejection nonlinear control
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