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基于D θ−非线性控制方法的伴随轨道控制1罗建军，周文勇，袁建平西北工业大学航天学院，西安（710072）E-mail: jluo@摘 要：为了实现燃料消耗最少的伴随轨道控制，研究使用D θ−次优非线性控制方法设计伴随轨道的优化控制律。
相对运动模型中考虑了地球形状摄动的影响，且适用于在椭圆轨道上运行的目标航天器。
采用状态变量增广法，对相对运动模型进行处理，以满足D θ−控制的要求。
采用相对轨道要素设计了理想的基准伴随轨道。
仿真计算结果表明所设计的控制律是稳定的，能够以较少的燃料消耗实现伴随轨道的控制。
关键词：伴随轨道；D θ−非线性控制方法；相对运动模型；相对轨道要素1 引言伴随飞行是指一个航天器在另一个航天器附近的周期性视在相对运动，其相对运动轨迹称为伴随轨道[1]。
伴随飞行有自然伴飞和受控伴飞之分。
自然伴飞是巧妙利用轨道力学自然特性，合理选择两航天器的运行参数，在不需要外力作用或尽可能少地对航天器轨道进行控制的情况下形成和保持伴随轨道。
受控伴飞是根据任务需要控制航天器按照规划的伴飞轨迹运行。
通常，自然伴飞的周期与主航天器的轨道周期相同，受控伴飞的周期小于主航天器的轨道周期。
伴随飞行在航天器编队、相互观察、监视和救援、辅助航天员舱外活动、空间交会对接、空间目标识别与侦察、在轨应急服务等中有重要的应用。
伴随轨道设计与优化控制是伴随航天器的重要研究内容。
对于长期伴随飞行，最关键的是减少维持伴随轨道所需要的燃料消耗，延长对目标航天器的伴随飞行时间。
为了满足长期伴飞的要求，一方面要合理选择航天器的运行参数，设计同步伴随轨道[1]；一方面要选用最优控制方法，设计优化控制律，减少伴随轨道控制燃料消耗。
本文研究使用一种新型次优非线性控制方法，实现伴随轨道的优化控制。
基于状态Riccati 方程(State-Dependent Riccati Equation-SDRE)次优控制方法是设计非线性控制器、观测器及滤波器的一种常用的有效方法。
前馈控制的控制原理及应用1. 前言前馈控制是一种常用于工业控制系统中的控制算法，它通过提前补偿预测误差信号来改善系统性能。
该文档将介绍前馈控制的基本原理，并探讨其在实际应用中的一些典型场景。
2. 基本原理前馈控制的基本原理是在控制系统中添加一个前馈通道，在其输入端加入一个预计误差信号。
该信号基于系统模型和期望输出值，预测了系统的未知干扰或负载的影响。
前馈控制可以分为两种类型：基于模型的前馈控制和自适应前馈控制。
基于模型的前馈控制依赖于系统的数学模型，通过对模型进行数学运算来生成前馈信号。
而自适应前馈控制则通过实时的系统反馈信息来不断修正前馈信号，以适应系统非线性和不确定性。
3. 应用领域前馈控制在工业控制系统中具有广泛的应用。
下面将介绍几个常见的应用场景。
3.1 电力系统在电力系统中，前馈控制可以用于电力传输线路的电压和频率控制。
通过提前预测负载变化和干扰信号，前馈控制可以及时调整电压和频率的输出，以保持系统的稳定性和可靠性。
3.2 自动驾驶在自动驾驶系统中，前馈控制可以用于车辆的方向和速度控制。
通过预测车辆目标点的位置和速度，前馈控制可以提前调整车辆的转向和加速操作，以实现准确的车辆控制。
3.3 机器人控制在机器人控制领域，前馈控制可以用于机器人的轨迹跟踪和姿态控制。
通过预测机器人的轨迹和姿态变化，前馈控制可以控制机器人的关节和执行器，以实现精确的运动和操作。
3.4 冷却系统在冷却系统中，前馈控制可以用于温度和湿度的控制。
通过预测外界环境的变化和系统的热载荷，前馈控制可以及时调整冷却系统的流量和温度，以保持系统的稳定性和效率。
4. 优点和局限性前馈控制具有以下优点： - 提高系统的响应速度和稳定性 - 减小系统误差 - 适用于高精度和高要求的控制系统然而，前馈控制也存在一些局限性： - 对于系统模型的要求较高 - 对系统干扰和负载变化的预测可能存在误差 - 无法处理系统的非线性和不确定性5. 总结本文介绍了前馈控制的控制原理及其在不同领域的应用。
航天器控制技术中的非线性分析与控制研究第一章：引言航天器的控制技术是航天技术中极其重要的一项技术，而非线性控制技术更是其中的关键技术之一。
航天器通常面临多种非线性因素的影响，如质量、空气阻力、惯性、重力等，而这些因素的影响会影响航天器的能力和性能。
因此，研究航天器的非线性控制技术可以确保航天器的稳定和安全，以实现更高效的任务完成。
本文将介绍航天器中的非线性分析与控制研究。
第二章：航天器的非线性动力学航天器通常受到多种非线性因素的影响，比如外部扰动、内部耗散等。
因此，航天器的动力学模型是非线性的，并且在不同物理尺度和时间尺度下存在不同的非线性特性。
这些因素会使得航天器的控制具有相当大的难度。
为了更好地理解航天器的非线性动力学，我们需要对航天器的动力学模型进行建模。
动力学模型基于牛顿定律和欧拉伯努利定律建立，包括动量方程、角动量方程和能量方程。
这些方程的特点在于它们是微分方程，需要求解才能得到运动状态和相应的控制策略。
而非线性特性则指的是航天器控制系统中正反馈作用的存在。
第三章：非线性控制方法非线性控制方法是基于非线性动力学模型而发展起来的一种控制技术。
该方法与传统线性控制方法不同，能够处理多种复杂的非线性动力学特性。
非线性控制方法主要有以下三种方法：1.反馈线性化反馈线性化方法是一种将非线性系统通过状态反馈和状态变量变换转换为线性系统的控制方法。
该方法通过引入伪控制变量，将原始系统变为一个新的系统，使其满足线性控制的要求。
这种方法较为常见，可以有效地缩小航天器控制系统中的误差。
2.自适应控制自适应控制是随着时间系统参数发生变化而不需要预先确定的一种控制方法。
自适应控制的主要要求是确保系统的自适应性能能够实现系统的可控性和鲁棒性。
在航天器控制系统中，自适应控制主要用于在航天器运行过程中对动力学特性的变化进行跟踪和补偿，从而确保系统的稳定性和安全性。
3. 非线性最优控制非线性最优控制方法是一种利用最优化技术处理非线性系统的方法。
航天器姿态控制中的非线性控制方法研究航天器是人类探索宇宙的重要工具之一，而控制航天器姿态的方法则显得至关重要。
非线性控制方法是目前研究的热点，在航天器姿态控制中也有广泛应用。
本文旨在探究航天器姿态控制中的非线性方法。
一、航天器姿态控制的概述航天器姿态控制是指在航天器飞行中或在航天器进入操作状态前，控制航天器的姿态状态，以完成特定任务的过程。
航天器的姿态状态通常包括位置、姿态角和速度等因素。
在实际的航天任务中，姿态控制显得尤为重要，因为姿态的不稳定会导致航天器的失控和毁灭。
因此，对于航天任务而言，姿态控制至关重要。
二、非线性控制方法的介绍在航天器姿态控制中，传统的控制方法包括PID等线性控制方法。
然而，这些方法通常只能处理具有线性关系的问题，在处理非线性问题时会出现精度低下和稳定性不足的问题。
因此，非线性控制方法逐渐成为研究的热点。
常见的非线性控制方法包括自适应控制、模糊控制和神经网络控制等。
自适应控制是一种自适应于不确定环境和不确定模型的控制方法，它能够实现对系统的动态性能和鲁邦性的自适应调整。
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它模拟人脑的判断过程，能够处理复杂的非线性系统控制问题。
神经网络控制是利用神经网络对系统进行建模和控制的方法，这种方法具有很强的学习和适应能力，能够对复杂的控制问题进行处理。
三、非线性方法在航天器姿态控制中的应用非线性控制方法在航天器姿态控制中的应用已经得到了广泛的研究。
例如，在航天器姿态控制中，自适应控制可以通过对姿态误差进行自适应调节，实现航天器在不同环境下的姿态控制。
模糊控制可以将实际姿态状态转化为模糊变量，在模糊控制器的帮助下实现航天器的姿态控制。
神经网络控制可以通过对神经网络进行建模和训练，实现针对航天器姿态的精确控制。
此外，非线性控制方法也能够应用于航天器的柔性多体动力学控制。
柔性多体控制是指对航天器的柔性部件进行动力学控制，以减少它们对姿态控制的影响。
针对柔性多体控制，非线性控制方法能够实现精确的控制，提高航天器的姿态控制精度。
基于内力的卫星编队飞行动力学建模
陈晶;岳晓奎
【期刊名称】《南京信息工程大学学报》
【年(卷),期】2015(000)002
【摘要】基于内力的卫星编队飞行凭借良好的性能正日益受到重视，但由于该类编队的控制力对卫星间的相对位置和相对姿态均高度敏感，并且控制力和控制力矩之间存在耦合，给动力学建模带来了很大的挑战。
首先，建立了六自由度的内力编队姿轨耦合动力学模型，该动力学模型利用了控制力和控制力矩的耦合效应，可以同时针对编队卫星的相对位置和相应姿态设计相应的控制律，从而实现编队的六自由度协同控制。
最后，通过采用伪谱法求解编队构型的重构问题，对该动力学模型进行了验证。
【总页数】4页(P133-136)
【作者】陈晶;岳晓奎
【作者单位】西北工业大学航天学院，西安，710072;西北工业大学航天学院，西安，710072
【正文语种】中文
【中图分类】V412.4
【相关文献】
1.非合作目标编队飞行耦合动力学建模与六自由度控制 [J], 高有涛;陆宇平;徐波
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5.基于CW方程的卫星编队飞行相对运动分析 [J], 李今飞王园园元朝鹏;
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嫦娥三号探测器连续姿控的轨道动力学模型补偿及实现
张宇;曹建峰;段建锋;陈明;段成林
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2015(036)005
【摘要】针对嫦娥三号探测器的连续姿控喷气对飞行轨道产生的扰动影响,在精密定轨中建立了经验力补偿模型,并使用最小二乘估计算法计算经验力模型参数与探测器轨道.通过重叠弧段轨道精度评估法对该模型补偿效果进行了验证,结果显示,定轨预报的星历误差以及拟合残差均有所改善,特别是环月轨道的定轨精度由百米量级提高到十米量级.
【总页数】7页(P489-495)
【作者】张宇;曹建峰;段建锋;陈明;段成林
【作者单位】北京航天飞行控制中心,北京100094;航天飞行动力学技术重点实验室,北京100094;北京航天飞行控制中心,北京100094;航天飞行动力学技术重点实验室,北京100094;北京航天飞行控制中心,北京100094;航天飞行动力学技术重点实验室,北京100094;北京航天飞行控制中心,北京100094;航天飞行动力学技术重点实验室,北京100094;北京航天飞行控制中心,北京100094;航天飞行动力学技术重点实验室,北京100094
【正文语种】中文
【中图分类】V412.4+1
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航天器姿态控制中的非线性反演控制方法研究航天器姿态控制是航天器控制系统的重要组成部分，是指控制航天器在三维空间中的姿态，使其实现转移、定位、操纵等功能。
为了实现良好的姿态控制效果，现代航天器控制系统中一般采用PID控制器、模型预测控制器、模糊控制器等传统的线性控制算法。
然而，受到航天器非线性、时变、不确定性等因素的影响，这些线性控制算法常常无法胜任航天器姿态控制任务，从而需要更为高效、鲁棒的控制方法。
非线性反演控制方法是一种有效的控制方法，近年来在航天器姿态控制中得到了广泛研究和应用。
一、非线性反演控制基本原理非线性反演控制方法主要基于Lyapunov控制理论和模型前馈控制理论，通过不断得到系统状态和控制目标的微分方程，设计适当的反演控制律，实现对系统的控制。
这种控制方法主要分成两个步骤：首先利用传感器等手段获取系统状态量和控制目标量，利用计算机对其采集到的数据进行处理，并通过预测和仿真等手段建立系统的数学模型；然后根据Lyapunov控制理论和模型前馈控制理论的基本原理设计反演控制律，实现对系统的有效控制。
二、非线性反演控制方法的优点相对于传统的线性控制方法，非线性反演控制方法具有许多优点。
首先，它可以应对系统的复杂非线性和时变特性，提高控制的鲁棒性和稳定性；其次，它可以实现较高的动态性能和控制精度，避免控制误差和漂移，从而提高整个姿态控制系统的效率和可靠性；最后，它可以使控制系统更加灵活、可靠和适应多种复杂工况，为航天器的实际应用提供良好的保障。
三、非线性反演控制方法的应用前景随着航天技术和控制技术的不断发展，非线性反演控制方法在航天器姿态控制中的应用前景越来越广阔。
未来，随着控制算法和硬件设备的进一步优化，非线性反演控制方法将逐渐取代传统的线性控制方法，成为航天器姿态控制的主流方法。
同时，非线性反演控制方法也将走向更加深入和精细的水平，充分发挥其在复杂工况下的适应性和稳定性，为航天器的控制和运行提供更好的保障。
