摘要：在空间柔性结构发展态势分析的基础上,综述了空间柔性结构振动控制智能作动技术研究脉络,归纳了空间柔性结构振动控制方法、空间柔性结构振动控制作动器构型、及空间柔性结构振动抑制作动器操控,并指出了空间柔性结构振动控制智能作动技术发展趋势和挑战。主要包括智能化作动设计与操控、先进作动材料与结构、宽频适用型作动构型综合、多维弱耦合高性能作动、高能量密度与高动态作动和振动控制作动技术智能化6个方面发展趋势,以及材料制备与构型设计、模型建立与精密操控、环境适应与品质保障和智能作动技术实际应用4个方面技术挑战。

摘要：针对深空探测任务中航天器的状态估计问题,考虑到基于光学相机的自主导航系统在建立观测方程时所使用的坐标系转换矩阵含有由星敏感器引入的测量噪声,该噪声与量测状态相互耦合,属于乘性噪声,建立带有乘性噪声的光学自主导航系统模型。针对系统存在乘性噪声时,仅适用于处理加性噪声的传统滤波器估计误差增大的问题,将乘性噪声矩阵引入高斯滤波算法的递推公式进行推导,并结合混合阶球面单形-径向容积卡尔曼滤波器(mixed-order spherical simplex-radial cubature Kalman filter,MSSRCKF)的数值积分方法,提出混合阶容积-乘性卡尔曼滤波器(mixed-order cubature-multiplicative Kalman filter,MC-MKF)。该滤波器能够对由星敏感器引入观测方程的高斯以及非高斯乘性噪声进行处理,在不增加计算复杂度的情况下提升滤波器的估计精度。最后,将MC-MKF应用于自主导航系统模型,并与MSSRCKF进行比较分析。仿真结果表明,当系统存在乘性噪声时,MC-MKF的估计精度明显优于MSSRCKF,且计算量与MSSRCKF基本一致。

摘要：针对空间非合作多模式机动目标跟踪中传统交互多模型(IMM)算法模型概率计算奇异,造成算法失效的问题,提出了稳健IMM算法。考虑空间目标的常见机动模式,设计了以C-W方程、扩维C-W方程、渐消C-W方程为子模型的IMM模型集,以较低的计算复杂度实现了模型集与真实系统匹配程度的提高。进一步,对传统IMM算法中模型概率计算过程出现奇异的现象进行了分析,设计了一种改进的模型概率更新方法,避免了目标发生机动模式切换或状态突变时算法无法准确估计目标状态甚至终止估计的问题。仿真结果表明,所提算法较传统IMM算法的位置精度提高了18.4%以上,验证了所提算法能够实现对非合作目标多种机动状态的稳定相对状态估计。

摘要：随着连续体机器人的应用领域不断扩大,对其功能的要求也不断提高,因此,需末端力感知进行研究尤为重要。为实现实时感知计算,本文设计了一种基于神经网络的连续体机器人末端力感知方法,并通过实验平台验证该方案的可行性。

摘要：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。

摘要：针对大型空间桁架天线的振动抑制需求,提出一种二维力矩输出的压电执行机构。执行机构主要由支撑本体、压电驱动器和放大机构组成,其中,放大机构进行了“凹槽维形”设计,以解决传统放大机构整体刚度与结构强度匹配的难题。对执行机构开展分析,建立压电陶瓷堆叠的本构方程和放大机构的等效放大关系,揭示结构参数和输入参数对放大机构放大比的影响规律,获得执行机构的模态振型特点。研制执行机构原理样机,并分别对压电驱动器、放大机构和执行机构进行试验。测试执行机构的负载能力、耦合特性、分辨率、频响特性与响应时间等性能,测试结果显示设计的执行机构具有高能量密度和高动态的特点。设计的二维力矩输出执行机构可应用于大型空间柔性结构振动抑制。

摘要：为了实现复杂航天器导航、制导与控制(guidance navigation and control,GNC)系统的快速设计与仿真验证,加快GNC系统从算法设计到产品实现的过程,解决数字仿真与实物仿真一致性的问题,提出了一种基于星载软件在环的GNC快速原型仿真系统。通过虚拟GNC计算机处理器内核和硬件接口的方式实现星载GNC计算机原型,解决了快速原型仿真系统GNC软件代码与实物星载计算机软件代码的一致性;利用Simulink/Matlab进行航天器动力学/运动学建模和GNC系统测量部件及执行部件的数字化建模,基于实时扩展(real time extension,RTX)系统和功能硬件板卡实现数字化模型与实物的转化,解决数字仿真与实物仿真GNC系统内部接口特性、时序和逻辑一致性的问题。应用实例表明,基于星载软件在环的GNC快速原型仿真系统仿真数据与GNC半物理仿真系统仿真数据高度一致,证实了仿真系统设计的有效性;同时基于该仿真系统可以实现GNC系统软件、算法和单机产品的并行开发,缩短系统研制周期。

摘要：针对空间操控的任务需求,以高轨航天器轨道延寿为背景,分析了飞行任务流程。重点对超近距离段的相对姿态、相对轨道耦合动力学进行了分析和建模,设计了姿轨耦合控制律。同时,针对高轨卫星对天面安装有远地点发动机的特征,设计了非合作目标图像特征识别、提取和相对测量算法。最后通过搭建分布式仿真系统,结合小型对接捕获机构,对超近距离的相对导航和相对运动控制进行了地面仿真试验,校验了对高轨航天器的远地点发动机喷管进行捕获从而实施在轨延寿的可行性。

摘要：针对目标特性未知的在轨操作环境,研究了典型空间操作机械臂的路径规划策略。采用Sarsa(λ)强化学习方法实现目标跟踪及避障的自主路径规划与智能决策,该方法将机械臂系统的每节臂视为一个决策智能体,通过感知由目标偏差和障碍距离程度组成的二维状态,设计符合人工经验的拟合奖赏函数,进行各臂转动动作的强化训练,最终形成各智能体的状态-动作值函数表,即可作为机械臂在线路径规划的决策依据。将本方法应用于多自由度空间机械臂路径规划任务,仿真结果表明新算法能在有限训练次数内实现对移动目标的稳定跟踪与避障,同时各智能体通过学习所得的状态-动作值函数表,具备较强的后期在线自主调整能力,从而验证了算法较强的鲁棒性和智能性。

摘要：单变量非平稳增长模型(UNGM)与无迹卡尔曼滤波器(UKF)在非线性滤波器的比较分析中被广泛使用。但由于UNGM复杂的特性,在使用UKF进行滤波时会出现基于不同原因的估计失准问题,使得滤波器对比分析的严谨性不足。针对这些问题,对UNGM的复杂特性进行了研究,并提出一种具有滑动采样模块的UKF(SSUKF)。该算法在UKF的基础上进行了优化,对滤波信息进行采样分析并实时修正Sigma点的分布,能够有效应对UNGM的复杂特性。将SSUKF应用到不同参数条件下的UNGM中,并与UKF、自举粒子滤波器(BPF)进行比较。仿真结果表明,SSUKF能够有效解决UKF应用于UNGM时的失准问题,并且计算速度优于BPF。相较UKF,SSUKF更适合作为利用UNGM对非线性滤波器性能进行评估时的基准滤波器。