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航天器制导与控制课后题答案(西电)1.3 航天器的基本系统组成及各部分作用？航天器基本系统一般分为有效载荷和保障系统两大类。
有效载荷:用于直接完成特定的航天飞行任务的部件、仪器或分系统。
保障系统:用于保障航天器从火箭起飞到工作寿命终止, 星上所有分系统的正常工作。
1.4 航天器轨道和姿态控制的概念、内容和相互关系各是什么?概念：轨道控制：对航天器的质心施以外力, 以有目的地改变其运动轨迹的技术; 姿态控制：对航天器绕质心施加力矩, 以保持或按需要改变其在空间的定向的技术。
内容：轨道控制包括轨道确定和轨道控制两方面的内容。
轨道确定的任务是研究如何确定航天器的位置和速度, 有时也称为空间导航, 简称导航; 轨道控制是根据航天器现有位置、速度、飞行的最终目标, 对质心施以控制力, 以改变其运动轨迹的技术, 有时也称为制导。
姿态控制包括姿态确定和姿态控制两方面内容。
姿态确定是研究航天器相对于某个基准的确定姿态方法。
姿态控制是航天器在规定或预先确定的方向( 可称为参考方向)上定向的过程, 它包括姿态稳定和姿态机动。
姿态稳定是指使姿态保持在指定方向, 而姿态机动是指航天器从一个姿态过渡到另一个姿态的再定向过程。
关系：轨道控制与姿态控制密切相关。
为实现轨道控制, 航天器姿态必须符合要求。
也就是说, 当需要对航天器进行轨道控制时, 同时也要求进行姿态控制。
在某些具体情况或某些飞行过程中,可以把姿态控制和轨道控制分开来考虑。
某些应用任务对航天器的轨道没有严格要求, 而对航天器的姿态却有要求。
1.5 阐述姿态稳定的各种方式, 比较其异同。
姿态稳定是保持已有姿态的控制, 航天器姿态稳定方式按航天器姿态运动的形式可大致分为两类。
自旋稳定:卫星等航天器绕其一轴(自旋轴) 旋转, 依靠旋转动量矩保持自旋轴在惯性空间的指向。
自旋稳定常辅以主动姿态控制, 来修正自旋轴指向误差。
三轴稳定: 依靠主动姿态控制或利用环境力矩, 保持航天器本体三条正交轴线在某一参考空间的方向。
一种小天体探测器绕飞轨道主动抗扰控制方法一、引言小天体探测是人类探索太空的重要任务之一。
由于太空环境的复杂性及小天体自身的不稳定性，小天体的探测对探测器的运动精度和控制稳定性提出了极高的要求。
探测器绕飞轨道主动抗扰控制方法是保证探测器精确绕飞小天体的基础之一。
本文将对现有的绕飞轨道控制方法进行分析总结，并提出一种基于快速自适应控制的绕飞轨道主动抗扰控制方法。
二、绕飞轨道主动抗扰控制方法分析总结目前，绕飞轨道主动抗扰控制方法主要分为基于PID 控制、基于模型预测控制、基于神经网络控制等方法。
这些方法在实践中应用广泛，但仍存在各自的缺点。
2.1基于PID 控制PID 控制是一种广泛应用于各种控制系统中的传统控制方法。
该方法可以简单地通过测量系统误差及其变化率，来对控制输入信号进行调整。
因此，该方法对系统结构与参数的依赖性较小，且易于实现。
但是，PID 控制方法存在一定的局限性，如对系统动态特性要求较高，对随机扰动的抑制能力较弱等。
2.2基于模型预测控制模型预测控制是一种适用于多变量、非线性系统的先进控制方法。
该方法通过建立系统的数学模型，预测系统随时间的响应，并基于预测结果进行控制操作，实现对系统稳态和动态特性的控制。
但是，该方法需要建立准确的系统模型，且模型精度对控制效果有较大影响，同时计算量较大，对计算能力要求较高。
2.3基于神经网络控制神经网络控制是一种基于生物神经网络工作原理的非线性控制方法。
该方法通过模拟人类神经系统对外部信息的处理过程，实现对系统的高效控制。
神经网络控制方法具有自我学习和自适应的特点，可以通过强化学习等方法自我优化，并适用于复杂非线性系统。
但是，该方法对网络拓扑结构的选取、网络结构设计及训练算法的优化等方面有较高的要求，且工作原理较为复杂。
三、快速自适应控制方法快速自适应控制是一种基于最小二乘法的优化方法，可以通过运用非常有限的数据进行快速反馈调节。
该方法不需要事先建立系统模型，可以通过对系统输出响应进行瞬时优化来实现显示控制，并在各种环境下具有良好的控制性能。
·２２·空间控制技术与应用ＡｅｒｏｓｐａｃｅＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ第３６卷第６期２０１０年１２月航天器姿态指向跟踪的一种自适应滑模控制方法王冬霞，石恒，贾英宏，周付根（北京航空航天大学，北京１００１９１）摘要：航天器姿态指向跟踪（ＡＰＴ）技术是近年来引起深入研究的关键技术之一，设计一种自适应滑模控制律，通过设计自适应律考虑有界干扰力矩和转动惯量不确定因素的影响，同时使用滑模控制设计方法保证控制算法的鲁棒性，用双曲正切函数代替符号函数来克服滑模控制中存在的抖振问题，实现受控航天器的某个指向（相机或天线）保持对运动目标的跟踪．控制方案采用修正罗德里格斯参数（ＭＲＰ）描述航天器姿态，用喷气推力器作为航天器的姿态执行机构．仿真结果显示了控制律的有效性．关键词：姿态指向跟踪；自适应滑模控制；修正罗德里格斯参数中图分类号：Ｖ４４８．２文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－１５７９（２０１０）０６－００２２－０５ＡｄａｐｔｉｖｅＳｌｉｄｉｎｇ－ＭｏｄｅＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＳｐａｃｅｃｒａｆｔＡｔｔｉｔｕｄｅＰｏｉｎｔｉｎｇａｎｄＴｒａｃｋｉｎｇＳｙｓｔｅｍＷＡＮＧＤｏｎｇｘｉａ，ＳＨＩＨｅｎｇ，ＪＩＡＹｉｎｇｈｏｎｇ，ＺＨＯＵＦｕｇｅｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅ彬ｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔａｔｔｉｔｕｄｅｐｏｉｎｔｉｎｇａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇ（ＡＰＴ）ｉｓｏｎｅｏｆｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｔｏｂｅｌｕｃｕｂｒａｔｅｄｒｅ－ｃｅｎｔｌｙ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｓａｉｍｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎａｋｉｎｄｏｆａｄａｐｔｉｖｅｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｗ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｏｍｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｂｏｕｎｄｅｄｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇｔｏｒｑｕｅａｎｄｒｏｔａｔｉｏｎａｌｉｎｅｒｔｉａ，ｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｌａｗｓｃｈｅｍｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ａｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｉｔｕｓｅｓｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃｔａｎｇｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｉｎｓｔｅａｄｏｆｓｉｇｎｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｂｕｆｆｅｔｅｘｉｓｔｅｄｉｎｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｕｓｋｅｅｐｉｎｇｓｐｅｃｉｆｉｃｐｏｉｎｉｔｉｎｇｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｐａｃｅｃｒａｆｔｔｒａｃｋｉｎｇｓｏｍｅｍｏｖｉｎｇｏｂｊｅｃｔ．Ｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ。
先进控制理论在航天器制导控制中的应用研究航天器制导控制是航天器飞行中的重要环节，它包括导航控制、姿态稳定、轨道控制等方面。
随着计算机和控制技术的飞速发展，先进控制理论也被广泛应用于航天器制导控制中。
本文将从先进控制理论的发展、航天器制导控制的基本概念以及先进控制理论在航天器制导控制中的应用等方面展开论述。
一、先进控制理论的发展随着现代工业技术的飞速发展，传统控制理论已经难以满足现代工业系统的要求。
因此，一些新的控制理论应运而生，其中最为重要的就是先进控制理论。
先进控制理论是指在控制系统中应用更加先进的控制方法，如：模糊控制、神经网络控制、自适应控制、鲁棒控制等等。
这些新的控制方法可以更好地适应现代工业系统的需要，提高系统的控制精度和稳定性。
二、航天器制导控制的基本概念航天器制导控制是指应用各种导航、控制手段，对航天器的飞行进行控制和调整，以实现航天器的轨道、飞行姿态等要求。
航天器制导控制系统的核心是姿态控制，即通过对航天器进行姿态控制，使其达到所需的方向和角度，以便完成特定的任务。
航天器制导控制系统还包括轨道跟踪、航向控制等多个功能模块，其主要任务是确保航天器能够按照预定的轨道和飞行姿态安全、准确、稳定地完成各项任务。
三、先进控制理论在航天器制导控制中的应用3.1 鲁棒控制鲁棒控制是先进控制理论中的一种重要控制方法，它可以有效地解决系统中存在的不确定性问题，提高系统控制的鲁棒性和鲁棒性能。
在航天器制导控制中，鲁棒控制可以很好地应用于姿态控制中，提高航天器在不确定环境中的自适应控制能力和抗干扰能力。
同时，鲁棒控制还可以在保证姿态控制精度的同时，提高控制速度，提高航天器的灵敏度。
3.2 模糊控制模糊控制是先进控制理论中的又一种重要控制方法，它可以在系统存在不确定性和非线性时，对系统进行精确的控制。
在航天器制导控制中，模糊控制可以应用于轨道控制和航向控制中，通过建立系统的模糊控制模型，可以对不同的环境、天气、速度等因素进行智能化的控制。
附件HYPERLINK ""21.“空间翻滚目标捕获过程中的航天器控制理论与方法”重大项目指南空间目标的在轨捕获是完成空间飞行器在轨服务与维护的前提，如对卫星进行在轨装配、故障维修、燃料加注、模块更换、技术升级以及辅助机构展开等，都需要首先完成卫星的空间在轨捕获。
空间飞行器在轨服务与维护是航天领域未来重要发展方向，目前国际国内都安排了大量的研究计划。
航天器控制是空间目标捕获的基础，也是实现在轨服务的关键。
由于空间翻滚目标（这里主要包括空间垃圾、失效航天器、失控航天器等）属于非合作目标，它在信息层面上不沟通、机动行为上不配合，其捕获更具挑战性。
本重大项目主要围绕空间翻滚目标捕获过程中航天器控制方法展开研究，为实现航天器在轨服务与维护奠定理论基础。
一、科学目标面向我国航天未来发展的重大需求，围绕空间翻滚目标捕获过程中航天器控制理论与方法的基础问题开展研究，力争实现以下三方面理论突破：与非合作目标交会的航天器多约束智能自主规划与控制理论与方法；空间翻滚目标的位姿估计与跟踪控制理论与方法；变构型航天器联合体的姿轨控制理论与方法。
同时实现以下三方面技术突破：航天器相对失效目标的高精度姿态跟踪、超近距离强迫伴飞的控制技术；机械臂抓捕翻滚目标后联合体的快速姿态稳定控制技术；机械臂抓捕翻滚目标后联合体的轨道机动控制技术。
主要理论成果在国际著名等刊物上发表并产生重要影响，技术成果申请系列发明专利。
构建空间翻滚目标捕获过程中的航天器控制方法的半实物仿真实验系统，完成地面仿真实验，力争开展相关理论、方法和技术成果的空间演示验证。
培养一批我国航天领域高水平的理论和工程技术人才，为我国航天事业做出贡献。
二、研究内容围绕空间翻滚目标的捕获任务，针对目标交会、位姿跟踪和组合体控制三个具体过程，开展航天器的控制理论和方法研究，主要内容包括如下：（一）空间翻滚目标捕获过程中的位姿、形态测量、估计与模型。
建立空间翻滚目标的交会与跟踪模型，探索目标、服务星的（相对）位姿、形态等运动信息的测量手段和估计方法，研究不确定环境下目标交会与跟踪模型的参数辨识方法；研究非合作目标航天器捕获后联合体的惯性与质心参数的估计方法，实现空间翻滚目标捕获过程中的位姿、形态、轨道等运动信息的快速准确获取，为实现目标捕获过程中的航天器控制奠定基础。
