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单框架控制力矩陀螺的奇异分析及操纵律设计 被引量:11
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作者 李传江 郭延宁 马广富 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2346-2353,共8页
通过对单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异问题的分析,设计了一种新的伪逆解与零运动向量相结合的操纵律来回避SGCMGs的内部奇异点。首先通过绘制金字塔构型SGCMGs奇异角动量曲面及典型角动量切面对应的奇异度量极值曲面,研究了其奇异... 通过对单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异问题的分析,设计了一种新的伪逆解与零运动向量相结合的操纵律来回避SGCMGs的内部奇异点。首先通过绘制金字塔构型SGCMGs奇异角动量曲面及典型角动量切面对应的奇异度量极值曲面,研究了其奇异的几何特性。然后以缩小期望力矩与各SGCMG角动量的夹角为目的,给出了一种新的零运动向量构造方法用于操纵律的设计。该方法在全局范围内考虑,并未参考当前奇异度量值,故能有效地避免奇异度量局部极值所对应的内部显奇异点。最后将其与现有的几种操纵律进行了数学仿真对比,验证了其有效性及优越性。 展开更多
关键词 姿态控制 单框架控制力矩陀螺 奇异 操纵律
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Model Development and Adaptive Imbalance Vibration Control of Magnetic Suspended System 被引量:10
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作者 汤亮 陈义庆 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2007年第5期434-442,共9页
A system model is developed to describe the translational and rotational motion of an active-magnetic-bearing-suspended rigid rotor in a single-gimbal control moment gyro onboard a rigid satellite. This model strictly... A system model is developed to describe the translational and rotational motion of an active-magnetic-bearing-suspended rigid rotor in a single-gimbal control moment gyro onboard a rigid satellite. This model strictly reflects the motion characteristics of the rotor by considering the dynamic and static imbalance as well as the coupling between the gimbal's and the rotor's motion on a satellite platform. Adaptive auto-centering control is carefully constructed for the rotor with unknown dynamic and static imbalance. The rotor makes its rotation about the principal axis of inertia through identifying the small rotational angles between the geometric axis and the principal axis as well as the displacements from the geometric center to the mass center so as to tune a stabilizing controller composed of a decentralized PD controller with cross-axis proportional gains and high- and low-pass filters. The main disturbance in the wheel spinning can thereby be completely removed and the vibration acting on the satellite attenuated. 展开更多
关键词 SATELLITE single-gimbal control moment gyro IMBALANCE active magnetic bearing JITTER
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Local controllability and stabilization of spacecraft attitude by two single-gimbal control moment gyros 被引量:5
3
作者 Gui Haichao Jin Lei Xu Shijie 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第5期1218-1226,共9页
The attitude control problem of a spacecraft underactuated by two single-gimbal control moment gyros (SGCMGs) is investigated. Small-time local controllability (STLC) of the attitude dynamics of the spacecraft-SGC... The attitude control problem of a spacecraft underactuated by two single-gimbal control moment gyros (SGCMGs) is investigated. Small-time local controllability (STLC) of the attitude dynamics of the spacecraft-SGCMGs system is analyzed via nonlinear controllability theory. The conditions that guarantee STLC of the spacecraft attitude by two non-coaxial SGCMGs are obtained with the momentum of the SGCMGs as inputs, implying that the spacecraft attitude is STLC when the total angular momentum of the whole system is zero. Moreover, our results indi- cate that under the zero-momentum restriction, full attitude stabilization is possible for a spacecraft using two non-coaxial SGCMGs. For the case of two coaxial SGCMGs, the STLC property of the spacecraft cannot be determined. In this case, an improvement to the previous full attitude stabilizing control law, which requires zero-momentum presumption, is proposed to account for the singu- larity of SGCMGs and enhance the steady state performance. Numerical simulation results demonstrate the effectiveness and advantages of the new control law. 展开更多
关键词 Attitude control single-gimbal control moment gyro SINGULARITY Small-time local controllability Underactuated spacecraft
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基于自抗扰技术的挠性航天器高精度指向控制 被引量:4
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作者 宋斌 颜根廷 +1 位作者 李波 郑鹏飞 《上海航天》 2014年第2期1-7,36,共8页
针对存在外部干扰和模型不确定性的挠性航天器,提出了一类新颖的基于自抗扰技术的控制方案,实现无姿态角速度反馈的航天器对目标高精度姿态指向控制。对目标相对姿态指向控制系统进行建模,引入一光滑连续秦函数,构造三阶扩张观测器,观... 针对存在外部干扰和模型不确定性的挠性航天器,提出了一类新颖的基于自抗扰技术的控制方案,实现无姿态角速度反馈的航天器对目标高精度姿态指向控制。对目标相对姿态指向控制系统进行建模,引入一光滑连续秦函数,构造三阶扩张观测器,观测系统姿态角速度和总扰动,并利用其实现动态补偿线性化及扰动抑制。针对单框架控制力矩陀螺群作为执行机构常存在的奇异,引入零空间空转指令设计了一类奇异避免操纵律。将控制系统方案用于某挠性航天器模型,仿真结果验证了方案的有效性、合理性。 展开更多
关键词 挠性航天器 模型不确定性 自抗扰控制 高精度指向 单框架控制力矩陀螺
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基于L_2增益控制律的船舶横摇抑制研究 被引量:3
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作者 陈少楠 陆建辉 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第12期2567-2571,共5页
根据单框架控制力矩陀螺动力特性,设计船舶横摇抑制装置,建立一船舶随机波浪干扰下横摇运动与控制力矩陀螺耦合非线性动力学方程,采用输入输出线性化技术及反步控制方法,设计抑制船舶横摇的非线性L2增益控制器,在控制律中引入陀螺进动... 根据单框架控制力矩陀螺动力特性,设计船舶横摇抑制装置,建立一船舶随机波浪干扰下横摇运动与控制力矩陀螺耦合非线性动力学方程,采用输入输出线性化技术及反步控制方法,设计抑制船舶横摇的非线性L2增益控制器,在控制律中引入陀螺进动恢复力矩项,将进动角约束在一定范围内,从而避免控制装置力矩输出奇异性的发生。通过对实船横摇运动数值仿真,研究表明所提出的船舶非线性横摇抑制装置具有优良的减摇性能,修正后的L2增益控制器对船舶随机波浪激励具有良好的抗干扰能力和抑制陀螺输出奇异能力。 展开更多
关键词 非线性横摇 随机波浪 单框架控制力矩陀螺 L2增益控制器
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一种改进的SGCMGs奇异鲁棒伪逆操纵律算法 被引量:2
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作者 刘付成 《上海航天》 2009年第2期1-8,26,共9页
以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为卫星动量交换机构,基于建立的姿态控制系统与SGCMG系统的动力学模型,设计零动量卫星的PD(比例微分)解耦姿态控制律。为逃避奇异,提出了一种改进的单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)奇异鲁棒伪逆操纵律算法。... 以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为卫星动量交换机构,基于建立的姿态控制系统与SGCMG系统的动力学模型,设计零动量卫星的PD(比例微分)解耦姿态控制律。为逃避奇异,提出了一种改进的单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)奇异鲁棒伪逆操纵律算法。某航天器姿态控制仿真结果表明:改进算法可避免奇异,算法有效性得以验证。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 奇异 鲁棒伪逆操纵律 姿态控制
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基于神经网络算法的单框架控制力矩陀螺系统复合控制 被引量:1
7
作者 岳继光 何洪志 +3 位作者 吴琛浩 赵雷 鲁明 来林 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1184-1191,共8页
提出一种基于双神经网络的前馈-反馈控制系统,采集单框架控制力矩陀螺系统在不同条件下的运行数据并使用卡尔曼滤波处理,基于神经网络构建了涵盖控制通道与干扰通道信息的虚拟广义被控对象模型,由此设计了神经网络前馈补偿器。实现了前... 提出一种基于双神经网络的前馈-反馈控制系统,采集单框架控制力矩陀螺系统在不同条件下的运行数据并使用卡尔曼滤波处理,基于神经网络构建了涵盖控制通道与干扰通道信息的虚拟广义被控对象模型,由此设计了神经网络前馈补偿器。实现了前馈补偿器-原反馈控制器的复合控制系统,减少了传统的前馈-反馈复合控制需要精确地获取干扰通道信息的约束,能够克服单框架控制力矩陀螺系统存在的复杂干扰对控制性能的影响。仿真结果表明了方案能够提升系统稳态精度,减小稳态误差,改善控制动态性能。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺系统 神经网络 补偿控制 前馈-反馈控制
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五棱锥SGCMGs失效时奇异构型几何分析及操纵律设计
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作者 王焕杰 刘禹 张召弟 《上海航天》 CSCD 2018年第4期35-41,共7页
单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异构型几何分析及相应的操纵律设计是其在使用中遇到的主要问题。针对五棱锥SGCMGs构型及其单只失效后的奇异情况进行几何分析,考虑五棱锥构型单只SGCMG失效后显奇异点深入角动量体内部这一特性,设计... 单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异构型几何分析及相应的操纵律设计是其在使用中遇到的主要问题。针对五棱锥SGCMGs构型及其单只失效后的奇异情况进行几何分析,考虑五棱锥构型单只SGCMG失效后显奇异点深入角动量体内部这一特性,设计了一种既能充分利用零空间运动,又能实现显奇异点规避的SGCMGs操纵律。仿真分析结果表明:设计改进后的操纵律能在有效解决五棱锥SGCMGs构型中单只陀螺失效后带来内部复杂奇异问题的同时,实现控制精度的大幅提升。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 几何分析 五棱锥 构型失效 显奇异点 隐奇异点 零运动 操纵律设计
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Underactuated spacecraft angular velocity stabilization and three-axis attitude stabilization using two single gimbal control moment gyros 被引量:6
9
作者 Lei Jin Shijie Xu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第2期279-288,共10页
Angular velocity stabilization control and attitude stabilization control for an underactuated spacecraft using only two single gimbal control moment gyros (SGCMGs) as actuators is investigated. First of all, the dy... Angular velocity stabilization control and attitude stabilization control for an underactuated spacecraft using only two single gimbal control moment gyros (SGCMGs) as actuators is investigated. First of all, the dynamic model of the underactuated spacecraft is established and the singularity of different configurations with the two SGCMGs is analyzed. Under the assumption that the gimbal axes of the two SGCMGs are installed in any direction, and that the total system angular momentum is not zero, a state feedback control law via Lyapunov method is designed to globally asymptotically stabilize the angular velocity of spacecraft. Under the assumption that the gimbal axes of the two SGCMGs are coaxially installed along anyone of the three principal axes of spacecraft inertia, and that the total system angular momentum is zero, a discontinuous state feedback control law is designed to stabilize three-axis attitude of spacecraft with respect to the inertial frame. Furthermore, the singularity escape of SGCMGs for the above two control problems is also studied. Simulation results demonstrate the validity of the control laws. 展开更多
关键词 single gimbal control moment gyro ·Undcractuated spacecraft · Angular velocity stabilization · Three-axis attitude stabilization·Singularity
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一种SGCMG系统奇异逃离方法 被引量:6
10
作者 刘德庆 吴敬玉 操宏磊 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1001-1005,共5页
单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统进入奇异后无法提供准确的三轴指令力矩,通过奇异机理分析,设计了一种奇异逃离方案。首先构造新的动态坐标系,在系统进入奇异后,将控制坐标系切换到新的坐标系下,在新的坐标系上放弃一个维度的控制,将系... 单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统进入奇异后无法提供准确的三轴指令力矩,通过奇异机理分析,设计了一种奇异逃离方案。首先构造新的动态坐标系,在系统进入奇异后,将控制坐标系切换到新的坐标系下,在新的坐标系上放弃一个维度的控制,将系统考虑为平面内的SGCMG冗余控制系统,然后在平面内采用二维零运动使得系统快速逃离奇异状态,当SGCMG系统逃离奇异状态后,再重新接入三维度的控制。仿真结果表明,提出的方法具有很好的奇异逃避效果。 展开更多
关键词 航天器 单框架控制力矩陀螺(SGCMG) 姿态控制 奇异逃离
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具有单框架控制力矩陀螺航天器的建模及可控性分析 被引量:2
11
作者 张佳为 马克茂 孟桂芝 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期761-766,共6页
针对具有单框架控制力矩陀螺的航天器姿态控制问题,将航天器与控制力矩陀螺看作整体系统,应用Lagrangian方程与Hamiltonian方程建立系统在重力场中的数学模型。在考虑航天器短时间内大角度机动前提下,将系统在Lagrangian形式下的状态方... 针对具有单框架控制力矩陀螺的航天器姿态控制问题,将航天器与控制力矩陀螺看作整体系统,应用Lagrangian方程与Hamiltonian方程建立系统在重力场中的数学模型。在考虑航天器短时间内大角度机动前提下,将系统在Lagrangian形式下的状态方程简化成仿射非线性形式,以控制力矩陀螺框架角速度为输入变量,回避控制力矩陀螺在奇异情况下对系统的影响。随后应用系统Hamiltonian形式的保体积性与非线性系统可控性定理证明该系统可控,且系统可控性不受单框架控制力矩陀螺群个数、构型、奇异问题的影响。系统在重力场中的数学模型与可控性结论为以后进一步研究航天器姿态控制方法,航天器系统稳定性问题提供了理论依据。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 奇异 Hamiltonian方程 姿态控制 可控性
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SGCMG高速转子无位置传感器控制
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作者 鲁明 田利梅 +2 位作者 李连香 翟百臣 胡跃伟 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期26-32,40,共8页
采用无位置传感器控制的单框架控制力矩陀螺(SGCMG)高速转子系统可以降低整机复杂度,提高整机可靠性。文章设计了适用于半桥驱动无刷直流电机的反电势位置检测方法和干扰去除方法,无需滤波电路,位置检测精度高。在开环起动阶段,提出了... 采用无位置传感器控制的单框架控制力矩陀螺(SGCMG)高速转子系统可以降低整机复杂度,提高整机可靠性。文章设计了适用于半桥驱动无刷直流电机的反电势位置检测方法和干扰去除方法,无需滤波电路,位置检测精度高。在开环起动阶段,提出了适用于大惯量比负载的"预定位—恒流升频起动—转速估计起动—切换"的四段式起动方法,提高了起动过程的可靠性。通过仿真和试验验证了方法的有效性,实现了SGCMG无位置传感器高速转子系统的高可靠起动和高精度控制。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 高速转子 无位置传感器 反电势检测 开环起动
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