航天器交会对接逼近段控制研究进展
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航天器交会对接逼近段控制研究进展
作者：朱晓光
来源：《卷宗》2020年第17期
随着航天技术的飞速发展，载人和无人飞船频繁往返于空间站，航天器需要更加灵活快速的实施对接。航天器在空间实现交会对接是由航天器制导、导航和控制（Guidance，Navigation and Control， GNC）系统完成的，GNC的主要任务是高精度测量航天器之间的相对速度、相对位置、相对姿态以及相对姿态角速度，并控制航天器完成姿态的调整和轨道的切换。未来我国的神舟飞船将从多个方向实施与空间站的交会对接。因此，进一步研究与发展航天器沿不同轨迹的自主交会对接技术是未来太空领域工程应用的必然趨势。
航天器的自主交会对接过程可分为发射、调相（地面导引）、远距离交会、近距离交会、对接停泊等几个阶段，不同的阶段要求的航天器控制精度不同，而近距离交会的最终逼近段控制精度要求较高。在最终逼近段，要完成准确可靠地对接需要位置和姿态的精确调节，以及两合作航天器间的协同配合来共同完成。换言之，航天器自主交会对接必须解决逼近段追踪航天器相对位姿高精度的自主控制问题。然而，一方面交会对接过程对航天器相对位姿控制的动态特性要求较高;另一方面，复杂的空间运行环境和航天器动力学模型中的不确定因素往往会影
响其控制精度，因此需要应用新的控制算法来解决交会对接中航天器位置和姿态控制的误差精度和鲁棒性问题。
1 国外研究现状
Kluever， C. A为航天器沿固定轴的终端平面交会对接设计了反馈控制方案;Saponara， M 将基于优化的模型预测控制应用于火星样品回收任务中的航天器自主交会操作;Di Cairano， S 将模型预测控制应用于航天器交会对接逼近段的轨道平面机动;Singla， P在考虑未建模动态、参数扰动和实际位姿测量误差的情况下，针对航天器交会对接控制问题，给出了一种输出反馈结构的模型参考自适应控制方法;Subbarao， K和Sam， W以空间自由漂浮机器人和服务的漂浮物体交会停靠为研究背景，利用反馈线性化设计控制律使当前和期望姿态之间的误差为零，再通过自适应干扰观测矩阵来修正由重力梯度和其他未知干扰引起的干扰力矩，其稳定性通过Lyapunov方程和Matrosov定理证明;Stansbery， D， T基于六自由度模型，提出了一种用状态依赖的Riccati方程设计的非线性调节器来控制航天器在接近翻滚目标时的位置和姿态;Pan， H. Z在航天器平移速度和角速度测量缺失的情况下，用一个高通滤波器来估计航天器的速度和角速度，并给出了一种Lyapunov框架的非线性输出反馈控制，以保证航天器相对位姿跟踪误差的半全局渐进收敛;Naasz， B. J针对微小卫星力矩输出受限的情况，整合了基于LQR平均方
程组的姿态控制器和基于轨道要素反馈的轨道控制器;Park， H在考虑避障的情况下，为航天
器对接到一个旋转/翻转平台设计了模型预测控制律;Guglieri， G为航天器交会对接地面试验系统的GNC设计了比例微分综合控制器和脉冲宽度调制器来控制推进器跟踪预定的轨迹和速
热敏电阻在航天器上的应用分析_张加迅
中国空间科学技术CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2004年12月第6期 热敏电阻在航天器上的应用分析 张加迅*王虹**孙家林* (*中国空间技术研究院,北京100086) (**山东航天电子技术研究所,烟台264000) 摘要文章首先阐述了航天器对于测温传感器的需求,并对目前航天器在地面试验和飞行试验中,所采用的主要测温传感器的特点进行了概述。然后,以目前航天器在轨运行中应 用最为广泛的热敏电阻为研究对象,介绍了它在航天器中的应用方案,以及为保证其测温精 度、工艺可实施性和可靠性所应注意的问题。 主题词热敏电阻器温度测量热控制航天器 1引言 由于航天器在空间运行时要向深冷空间辐射热量,并且受到各种复杂外热流的影响(例如对于环地航天器,存在太阳辐射、地球红外、地球反照等外热流)。因此,航天器在设计时,必须要进行合理的热控制设计,使航天器中的各种仪器设备在合适的温度水平下工作。航天器在轨运行的温度情况通过温度传感器进行反映,航天器相关分系统采集温度传感器的信号,然后传输到地面测控网站或星上热控制处理单元,由地面测试人员或相关功能系统对其进行状态判断,最终通过地面指令或星上自主控制实施对星上仪器设备的热控。因此,温度传感器所反映的温度水平的准确程度,将对仪器设备的热控制起着至关重要的作用[1,2]。 另外,随着航天器的发展,各种精密仪器设备对热控的要求更为严格,由于这些仪器设备功能复杂,在保证其主要功能的前提下,通过其本身的热控设计来达到其内部精密器件的温度要求有很大难度,因此,它们常常会对航天器热环境提出较为严格的要求,而这些要求有的甚至会对整个航天器的总体方案具有决定性的影响。例如,有的光学成像仪器要求热控的温度控制水平优于011e,局部测量精度达到0105e的水平,因此,需要测温传感器的精度必须优于这些仪器设备的要求。 目前国际上在航天器研制中所用的温度传感器主要有热电偶和热敏电阻两种。热电偶稳定性好、反应灵敏、价格便宜、工艺实施方便,因此在航天器的研制过程中,主要是在地面试验中得到大量采用。但由于热电偶需要进行冷端补偿,其测温精度受冷端校准精度的影响较大,当航天器在轨运行时,冷端补偿方式较难实现;而且热电偶因温度变化所产生的电信号反应较为微弱,易受干扰,克服该问题所需的星上电路复杂,存在较大偏差;此外,热电偶的测温偶丝容易受损折断,其可靠性较热敏电阻低,因此热电偶很少在航天器的在轨运行中采用。与热电偶相比,热敏电阻精度高、可靠性高,但价格昂贵,对温度的反应具有一定的滞后。由于在航天器的应用中,保证测量精度和高可靠性最为重要;另外,在轨温度的监测主要侧重于稳态温度水平。因此,从这个角度来说,热敏电阻具有一定的优势,目前国内外航天器上用于飞行试验的温度传感器主要采用热敏电阻[1,2]。 收稿日期:2003-11-12。收修改稿日期:2003-12-29 54
姿态动力学大作业
反作用飞轮控制 一、（1）建立航天器姿态动力学方程和飞轮控制规律 如图1-1中， 图1-1 反作用飞轮系统 设三飞轮的质心重合与星体质心O 。三飞轮的轴向转动惯量分别为z y x J J J ,,。其横向转动惯量设已包含在星体惯量章量c I 内。星体角速度ω，飞轮相对于星体的角 速度记为： [ ] T z y x ΩΩΩ=Ω 星体与飞轮的总动量矩h 为： () ωωωωωωh h I I I I h b c +=Ω+?=Ω+?+?= （1-1） 式中， Ω ?=?=+=???? ? ?????=????? ?????=ωωωωωI h I h I I I J J J I I I I I b c z y x z y x 00 000 0000 易知，I 即星体与飞轮对点O 的总惯量章量，b h 即飞轮无转动时总动量矩，ωh 即飞轮转动时的相对动量矩。由动量矩定理得 e b b L h h h h h =?++?+=? ? ? ωωωω
? ? ??? ? Ω?Ω?Ω?-=-=+=?+?+? ? ? ? ? z z y y x x c e c b b J J J h L L L h h h ωωωω （1-2） 式中，e L 为外力矩，c L 为飞轮转轴上电机的控制力矩。式（1-2）就是装有反作用飞轮的刚性航天器动力学方程的矢量形式。 如定义星体轨道坐标系如图1-2所示， 图1-2 轨道坐标系 r r r z y ox 的角速度 r ω为 j n r -=ω 即轨道角速度。当为圆轨道时，则有 3 2R n μ = 式中μ为地球引力常数，R 为地球半径。如记ψθ?,,分别为星体滚转角、俯仰角与偏航角、且设ψθ?,,和? ? ? ψθ?,,均为小量。 当航天器相对于轨道坐标系按321旋转时角度旋转矩阵为： ???? ? ????? -++--=?θ? ψ?θψ? ψ?θψ?θ?ψ?θψ? ψ?θψθθ ψθψcos cos sin cos cos sin sin sin sin cos sin cos sin cos cos cos sin sin sin cos sin sin sin cos sin cos sin cos cos B 按321旋转时产生的角速度为：
计算机控制技术复习大作业及答案
2014年上学期《计算机控制技术》复习大作业及参考答案========================================================== 一、选择题（共20题） 1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ A ）转换。 A．A/D转换器B．双向可控硅 C．D/A转换器D．光电隔离器 2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ D ）器件完成控制量的切换工作。 A．锁存器锁存B．多路开关 C．A/D转换器转换D．反多路开关 3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值（ A ）。 A．比较小B．比较大C．取零值D．取负值 4. 在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（ B ）。 A．阳极B．阴极 C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极 5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（B ）实现的。 A．改变定子的通电方向和通电占空比 B．改变转子的通电方向和通电占空比 C．改变定子的通电电压幅值 D．改变转子的通电电压幅值 6.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B） A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 7. 键盘锁定技术可以通过（C）实现。 A．设置标志位 B．控制键值锁存器的选通信号 C．A和B都行 D．定时读键值 8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）。 A．0．3 伏以下B．0．7伏以上 C．-3伏以下D．+3伏以上 9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D）提高信/躁比。 A．只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序 C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（B ）。 A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量 C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动
空间交会对接技术详解
空间交会对接技术详解 空间交会与对接技术是指两个航天器在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术。广泛用于空间站、空间实验室、空间通信和遥感平台等大型空间设施在轨装配、回收、补给、维修以及空间救援等领域。 意义重大 空间交会与对接是载人航天活动的三大基本技术之一。所谓三大基本技术就是载人航天器的成功发射和航天员安全返回技术、空间出舱活动技术和空间交会对接技术。只有掌握它们，人类才能自由出入太空，更有效地开发宇宙资源。对于国家来说，还能独立、平等地参加国际合作。 在突破并掌握了载人航天的基本技术之后，宇宙飞船的主要用途就是为空间站和月球基地等接送航天员和物资。在航天领域专家常说的一句话是：“造船为建站，建站为应用。”至今发射的宇宙飞船大多是作为空间站的天地往返交通工具和长期停靠在空间站上的救生艇。为了实现宇宙飞船的运输功能，就必须攻克两项关键技术，那就是宇宙飞船与空间站的空间交会技术与对接技术，主要设备是交会测量系统和对接机构。 航天器之间的空间交会对接技术很复杂。在国外载人航天活动早期，航天器之间的空间交会对接过程中经常发生故障与事故，即使在1997年，俄罗斯的两个航天器还发生过一次重大的空间交会对接事故——“进步M3-4”飞船与“和平”号空间站相撞，使“和平”号空间站上的“光谱”号舱被迫关闭，部分氧气泄漏，动力系统也受到影响。 通过多年的努力，目前美国和苏联/俄罗斯已完全掌握了在地面支持下的载人交会与对接技术。尤其是苏联/俄罗斯在掌握了空间交会与对接技术以后，先后利用飞船的运输能力发展了几代载人空间站，在空间交会与对接等方面一直占据着技术优势。 虽然起步较晚，但欧洲、日本等国家在空间交会与对接研究方面已取得长足进步，特别是某些单项技术和设备，如地面仿真、对接敏感器等，都取得了惊人的进步。日本曾于1998年通过两颗卫星成功进行了无人交会与对接在轨试验，
航天器机构技术课程大作业
数字化设计技术在航天器机构技术中的作用 数字化设计技术是指将计算机技术应用于产品设计领域，属于计算机设计技术的一种辅助。它最开始是以计算机辅助设计，即CAD的形式显现出来的，在科技水平不断提升的带动下，数字化设计技术越来越成熟，它在越来越多的行业受到人们的欢迎，在机械设计方面的优势更为明显。以前设计师在进行机械相关的设计工作时都离不开实物模型的帮助，但是在数字化设计技术出现之后，它可以利用计算机技术建立数字化的模型，从而降低实物模型的使用频率，提高了工作效率。 数字化设计技术最为重要的特征就是产品的定义模型较为统一。任何一个产品都有生命周期，如开发期、成长期、成熟期、衰退期等等，数字化设计技术对于产品的每个生命周期都有相关的设计，都是统一运行的。这种统一的设计模式大大降低了产品设计的繁琐程度，使得产品设计流程更为简单化。因为传统的设计模式会针对处于不同生命周期的产品采取不同的设计方法，使得产品设计变得复杂，而且也容易丢失数据。 另外，数字化设计技术可以实现并行设计。传统的产品设计讲究的是设计的切合性，产品的生产制造程序与包装维修程序需要达到高度的一致性，因此同一产品的设计基本上都是由同一设计团队完成。因此，传统的设计方法对于设计师的依赖性较强，一旦设计团队出现分
裂问题，则产品的设计链条很容易受到影响，从而产品的质量也难以保证。但是数字化的设计技术可以实现并行设计，简单而言，就是多个设计团队可以在同一时间内，在不同的地方，共同设计某一产品。这样一来，不仅仅是提高了机械的生产效率，另一方面也能够大大的缩短相关产品的生产周期，降低了运行成本。 数字化设计技术在航天器机构技术中的作用主要体现在以下几个 方面：一是借助实体模型检测设计的规范性。对于一个资历高深的设计师而言，以三维软件为依托设计相关产品是极为简易的事情，阐述各类三维模型之间的关系上传统二维思维模式并不适应。在CAD技术 的协助下，在制造一些单件产品过程中，设计师将更多的精力投入进产品规格规范性与结构合理性检测方面上，从而确保产品安装程序运行的顺畅性。CAD技术的具体应用可以做出如下概述：借助CAD技术参照平面图形注释的规格，借用立体图形将它们呈现出来，与此同时借用CAD的渲染功能，修整三维模型的材质或者对其内容进行填补，同 时对特殊方位安设色彩与光源，继而把绘制好的不同零部件三维图，在CAD三维软件上进行“配置与组装”，然后选择润色这一命令制造 工序结束以后的样品相貌就可以在计算机荧屏上显现出来。在利用CAD软件对设计机械进行构造设计、结构部件调整、尺寸标注以方便 机械设备的生产加工和日常维修，成为现代机械尤其是一些结构复杂、设计精密、部件繁多的航天机械设计一种流行趋势，对现代机械设计的发展起着至关重要的作用。例如在借用C A D三维软件上进行“配 置与组装”过程中，在CAD技术的协助下，产品链接、结构等方面存
航天器交会对接位姿测量最优估计
第３１卷第２期四川兵工学报２０１０年２月【武器装备】 航天器交会对接位姿测量最优估计睾 汤同伟８，王惠南ｂ，冯成涛８ （南京航空航天大学ａ．自动化学院；ｂ．高新技术学院，南京２１００１６） 摘要：航天器间的相对位姿确定是航天器编队飞行、交会与对接、捕获与维护等重大航天任务的关键技术之一．基于图像信息的相对位置与姿态的确定是解决航天器相对位置与姿态确定问题的有效方法．本文中采用四元数来描述航天器相对姿态，建立目标航天器的特征光标点的物理坐标和对应的图像点图像坐标之间的数学模型，并利用信赖域算法求解该非线性优化问题．仿真结果表明了该算法的有效性和可靠性，证明该算法能够满足交会对接航天器之间位置与姿态的测量精度的要求． 关键词：相对位姿；单目视觉；信赖域；四元数 中图分类号：Ｖ４４８文献标识码：Ａ文章编号：１００６—０７０７（２０１０）０２—０００１—０４在２个空间飞行器进行交会对接的最后阶段，通常采 用光学成像敏感器来测量跟踪飞行器和目标飞行器之间的相对位置和姿态．在目标飞行器上布设和安装光学特征点，光学特征点的几何形状、尺寸和位置已知；在跟踪飞行器上安装面阵ＣＣＤ传感器，通过对特征点在ＣＣＤ上成像的分析和计算就可以确定跟踪飞行器和目标飞行器之间的相对位置和姿态．国内外学者对该问题作了大量研究¨。７Ｊ，但经典的直接法或迭代法存在以下问题：①迭代求解和多值结果【ｌ“ｊ，后者将带来识别的困难，迭代求解的收敛性和收敛速度将极大影响测量精度，而迭代过程的收敛性和收敛速度主要取决于迭代算法和初值选取；②利用角度求航天器间的相对距离，所获得结果精度差，特别是在远距离的测量精度更差． 本研究中的方法是在目标航天器上合理设置４个非共面特征点．基于针孔成像模型的假设，根据特征点在ＣＣＤ成像平面上的投影，首先，测出每个特征像点在摄像机成像平面上的二维坐标．其次，采用四元数来描述航天器相对姿态，建立目标航天器的特征光标点的物理坐标和对应图像点图像坐标之间的数学模型，并将该数学模型（相对位姿参数）求解问题转化为非线性优化问题，最后利用信赖域算法求解该非线性优化问题．仿真结果表明该算法的有效性和可靠性，能够满足交会对接航天器测量精度要求．ｉ基于机器视觉确定位姿的基本方程 １．Ｉ坐标系 Ｉ）如图Ｉ所示，０；一Ｘｉｇ。表示像平面像物理坐标系简称（ｉ）系，其原点０。定义为相机光轴与图像平面的交点，兢轴和ｔ轴分别与图像像素的列数与行数平行． ２）０。一ｘ。ｙｃｚ。表示摄像机坐标系简称（Ｃ）系，与追踪航天器坐标系一致．其原点０。为摄像机镜头中心，０。到像平面的距离称为摄像机的焦距，，匕轴为主光轴方向，置轴与像平面象素坐标系横方向平行，ｚ。轴与像平面象素坐标系竖直方向平行，并与其它两轴构成右手系． ３）０。一‰‰％表示世界坐标系简称（埘）系，与文中的目标航天器坐标系一致．该坐标系定义在目标特征光标点上，‰轴由ｓ。指向屯；气轴在ｓ。，如，屯决定的平面内，过ｓ。并垂直于‰轴；ｙ。轴与其它两轴构成右手坐标系．摄像机坐标系与世界坐标系之间的关系可以用旋转矩阵Ｒ与平移向量ｊ来描述．假设空间中某一点在（埘）系、（ｃ）系与（ｉ）系下的坐标分别是Ｐ。＝（‰，Ｙ。，气）１，Ｐ。＝（置，ｙｃ，之）１。，与Ｐ；＝（气，毛）１’，于是存在如下关系式旧１： 时㈦０㈦】戈＂扎Ｚ＿ １ 其中：Ｒ为３×３正交方向余弦矩阵，用来描述（硼）系与（Ｃ） ●收稿日期：２００９—１２—１３ 作者简介：汤同伟（１９８４一），男，硕士研究生，主要从事小卫星飞轮储能与姿态组合控制研究； 王惠南（１９６４一），男，教授，博士研究生导师，主要从事领域为惯性导航研究． 万方数据
计算机控制技术复习大作业与答案
《计算机控制技术》复习大作业及参考答案 ========================================================== 一、选择题（共20题） 1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ A ）转换。 A．A/D转换器B．双向可控硅 C．D/A转换器D．光电隔离器 2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ D ）器件完成控制量的切换工作。 A．锁存器锁存B．多路开关 C．A/D转换器转换D．反多路开关 3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值（ A ）。 A．比较小B．比较大C．取零值D．取负值 4. 在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（ B ）。 A．阳极B．阴极 C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极 5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（B ）实现的。 A．改变定子的通电方向和通电占空比 B．改变转子的通电方向和通电占空比 C．改变定子的通电电压幅值 D．改变转子的通电电压幅值 6.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B） A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 7. 键盘锁定技术可以通过（C）实现。 A．设置标志位 B．控制键值锁存器的选通信号 C．A和B都行 D．定时读键值 8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）。 A．0．3 伏以下B．0．7伏以上 C．-3伏以下D．+3伏以上 9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D）提高信/躁比。 A．只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序 C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（B ）。 A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量 C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动
航天器总体设计答案总结(新)
航天器总体设计 （无平时成绩，考试试卷满分制，内容为21题中抽选13题） 1、航天器研制及应用阶段的划分。 主要划分为工程论证、工程研制、发射、在轨测试与应用四个阶段。 1）工程论证阶段：开展任务分析、方案可行性论证工作。 2）工程研制阶段：包括方案设计阶段、初样设计与研制阶段、正样设计与研制阶段。 3）发射阶段：发射场测试及发射。 4）在轨测试与应用阶段：在轨测试阶段、在轨应用阶段。 2、航天工程系统的组成及各自的任务。 组成：航天工程系统是由航天器、航天运输系统、航天发射场、航天测控网、应用系统组成的完成特定航天任务的工程系统。 任务： 1）航天器：指在地球大气层以外的宇宙空间执行探索、开发和利用太空以及地球以外天体的特定任务飞行器，又称空间飞行器。 2）航天运输系统：指在地球和太空之间或在太空中运送航天器、人员或物资的飞行器系统，包括运载器、运输器、轨道机动飞行器和轨道转移飞行器等。 3）航天发射场：系指发射航天器的基地，包括测试区、发射区、发射指挥控制中心、综合测量设施、勤务保障设施等。 4）航天测控网：系指对航天运输系统、航天器进行跟踪、测量、监视、指挥和控制的综合系统，包括发射指挥控制中心、测控中心、航天指挥控制中心、测控站和多种传输线路及设备。 5）应用系统：系指航天器的用户系统，一般是地面应用系统，如各类应用卫星的地面应用系统、载人航天器的地面应用系统、空间探测器的地面应用系统。 3、航天器总体设计概念及主要阶段划分。 概念：航天器总体设计是指为完成航天任务规定的目标所开展的以航天器为对象的一系列设计活动。 主要阶段划分：主要分为任务分析、总体方案可行性论证、总体方案设计、总体详细设计四个阶段。总体详细设计又分为总体初样设计和总体正样设计。 4、航天器总体设计的基本原则。 满足用户需求的原则、系统整体性原则、系统层次性原则、研制的阶段性原则、创新性和继承性原则、效益性原则。 5、航天器技术从成熟程度上可分为哪四类技术，各自的含义。 1）成熟技术：已经过在轨飞行考验，沿用原有的分系统方案、部件、电路和结构。 2）成熟技术基础上的延伸技术：在成熟技术基础上需要进行少量修改设计的分系统方案、部件、电路和结构。 3）不成熟技术（关键技术）：必须经过研究、生产和试验（攻关）后才能在卫星上应用的技术。 4）新技术（关键技术）：尚未在卫星上使用过的技术。 6、航天器总体方案设计阶段的主要工作。 1）用户使用要求及技术指标要求的确定。 2）总体方案的确定。 3）总体技术指标的分析、分配及预算。 4）分系统方案及技术指标的确定。
空间对接专业技术的实现
空间对接技术的实现
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转播到腾讯微博 国际空间站与哥伦布号实验舱对接（来源:《国际太空》杂志） 1．空间交会对接技术概述 空间交会对接技术是指两个航天器在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术。空间交会对接技术包括空间交会对接轨道设计技术、轨道交会控制技术、对接机构设计技术、空间交会对接测控技术等。广泛用于空间站、空间实验室、空间通信和遥感平台等大型空间设施在轨装配、回收、补给、维修以及空间救援等领域。目前为止，只有美国和俄罗斯掌握完整的交会对接技术,欧洲的ＡＴV和日本的ＨTＶ在交会对接技术方面分别得到了美国或俄罗斯的技术支持。 什么是空间交会对接 空间的两个航天器在同一时刻以同样的速度到达同一个地点的轨道控制过程及结果称做轨道交会。在空间将两个航天器对接起来形成一个航天器的事件称做空间对接。所谓空间交会对接是轨道交会和空间对接的总称。 空间交会对接技术包括空间交会对接轨道设计技术、轨道交会控制技术、对接机构设计技术、空间交会对接测控技术等。 对接过程通常分为４个阶段。两个航天器在完成交会后保持一定的距离,进入共面的相对飞行阶段。在进行下一个步骤之前,两个航天器都要确定对接姿态。当两个航天器完成了最后的对接准备以后，目标航天器(被动方）保持原状态，对接航天器(主动方）则进行主动靠近。为了保证对接的准确性，航天员（或自动对接系统）必须在确保两个航天器的对接设备处于同一直线上之后,再小心翼翼地进行对接。最初的接触会触发一些小型撞锁来连接两个航天器(软对接)，它们能够起到对接过程中的缓冲作用。在对接完成后,对接设备将两个航天器拉近紧贴在一起,一些能够进行密封连接的对接系统的对接口进行密封（硬对接)。 空间交会对接技术的作用 空间交会对接技术的作用主要体现在三个方面。一是为长期运行的空间设施提供物资补给和人员运输服务。例如,除早期试验阶段外，俄罗斯联盟号载人飞船和进步号货运飞船的全部飞行任务，以及美国航天飞机与和平号空间站及国际
现代控制理论大作业
现代控制理论大作业-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
分类号：TH89 单位代码：10110 学号： 中北大学 综合调研报告题目: 磁盘驱动器读写磁头的定位控制 系别: 计算机科学与控制工程学院 专业年级: 电气工程与智能控制2014级 姓名: 何雨贾晨凌朱雨薇贾凯张钊中袁航 学号: 14070541 39/03/04/16/33/47 指导教师: 靳鸿教授崔建峰讲师 2017年5月7日
摘要 硬盘驱动器作为当今信息时代不可缺少的存储设备，在人们日常生活中正扮演着越来越重要的角色，同时它也成为信息时代科学技术飞速发展的助推器。然而，随着信息量的日益增长，人们对硬盘驱动器存储容量的要求越来越高。但另一方面由于传统硬盘驱动器的低带宽、低定位精度，导致磁头很难准确地定位在目标磁道中心位置，从而限制了存储容量的持续增加。 自IBM公司于1956年向全球展示第一台磁盘存储系统R.AMAC以来，随着存储介质、磁头、电机及半导体芯片等相关技术的不断发展，硬盘的存储容量成倍增长、读写速度不断提高。要保证可靠的读写性能，盘片的转速控制和磁头的定位控制问题具有重要意义。其中磁头的定位控制主要包括寻道控制与定位跟踪控制两个问题，如PID控制、自适应控制、模态切换控制等，这些控制方法大大提高了硬盘磁头伺服系统的性能。为达到更高的精度，磁头双级驱动模型成近年的研究热点，多种控制策略已有相关报道，但目前仍处于实验水平。 关键词： 磁盘驱动器；磁头；定位；控制 Abstract Hard disk drive (HDD), acted as requisite storage equipment in current information age,plays a more and more vital role in people’s daily life, and it becomes a roll booster in rapid development of science and technology. However, with the increase of information capacity, we put forward a severe request for HDD data storage capacity. Unfortunately, due to the low bandwidth, low positioning accuracy in conventional HDD, magnetic head is hard to be positioned onto the destination track center, thus it limits the continuing increase in storage capacity. Since IBM brought the first disk-the random access memory accounting machine(RAMAC) to market in 1956, the storage capacity and read/write speed have continuously increased along with the development of the techniques of media,read/write head, actuators and semiconducting chips. The problems of R/W head's settling control is definitely important in order to ensure the reliability of read and write performance. Track seeking and track following are two main stages of the hard disk servo system. Researchers have developed kinds of control strategies to implement the servo control from PID control to advanced control methods.Dual-stage actuator has attracted many researchers and engineers for its broaderbandwidth compared with single-stage actuator. Key Words：Hard Disk Drive;Heads; Location; Control
最新航天器控制原理自测试题三
航天器控制原理自测试题三 一、名词解释(15％) 1、本体坐标系 2、偏置动量轮 3、主动控制系统 4、大圆弧轨迹机动 5、惯性导航 二、简答题(60%) 1、阐述航天器基本系统组成及各部分作用。 2、引力参数u是如何定义的？ 3、叙述质点的动量矩定理及其守恒条件。 4、叙述双轴模拟式太阳敏感器的工作原理，并绘出原理结构图。 5、为了确保稳定性，对惯量比有什么要求？ 6、画出喷气三轴姿态稳定控制系统的原理框图。简述喷气推力姿态稳定的基本原理。 7、自旋稳定卫星喷气姿态机动的原理是什么？喷气角的选择为什么不能过小？ 8、GPS有哪几部分组成，各有什么功用。 9、举例说明载人飞船的主要构造。 10、航天飞机基本结构组成是什么？哪些可以重复使用，那些不可以？ 三、推导题（15％） 1、证明在仅有二体引力的作用下，航天起的机械能守恒。 2、推导欧拉力矩方程式。 四、计算题（10％） 已知一自旋卫星动量矩H=3500Kg·m2/s，自旋角速度为ω=60r/min，喷气力矩Mc=40N·m，喷气角为γ=40。，要求自旋进动θc=80。问喷气一次自旋进动多少？总共需要多少次和多长时间才能完成进动？
航天器控制原理自测试题三答案 一、名词解释15％ 1、本体坐标系 答：又称为星体坐标系。在此坐标系中，原点0在航天器质心，Ox ，Oy ，Oz 三轴固定在航天器本体上。若Ox ，Oy ，Oz 三轴为航天器的惯量主轴，则该坐标系称为主轴坐标系。 2、偏置动量轮 答：如果飞轮的平均动量矩是一个不为零的常值——偏置值，也就是说飞轮储存了一个较大的动量矩，飞轮的转速可以相对于偏置值有一定的变化，从而产生控制力矩。具有这种特点的飞轮称为动量轮或偏置动量轮。 3、主动控制系统 答：航天器主动式姿态控制系统的控制力矩来自于航天器上的能源，它属于闭环控制系统。 4、大圆弧轨迹机动 答：若要求自旋轴在天球上描绘的轨迹是大圆弧 ，那么自旋轴必须在同一平面内从初始方向机动到目标方向，所以每次喷气产生的横向控制力矩必须在此平面内，即推力器喷气的相位相对于空间惯性坐标系是固定的。此为大圆弧轨迹机动. 5、惯性导航 答：它主要由惯性测量装置、计算机和稳定平台(捷联式没有稳定平台)组成。通过陀螺和加速度计测量航天器相对于惯性空间的角速度和线加速度，并由计算机推算出航天器的位置、速度和姿态等信息。因此惯性导航系统也是航天器的自备式航位推算系统。 二、简答题 0F AA A 0OA F OA
航空概论大作业
航空概论大作业
班级：113072 学号:111307219 姓名：王志敏 2012年11月15日 我国航空工业的发展历程及对未来发展的设想 中国是世界文明古国，中国的风筝和火箭是世界公认的最古老的飞行器。灿烂的中国古代文化与其他国家文明一起，共同孕育了现代航空航天技术的萌芽。在近代中国的屈辱历史中，我国的工业化水平远落后于西方国家。新中国成立后，我国的航空航天工业开始快速发展。经过半个多世纪的努力，基本建成了我国的航空航天工业体系。航空航天工业在国防和经济建设中发挥着越来越重要的作用。“飞豹”战斗轰炸机和“神舟”号系列载人试验飞船的成功，标志着我国航空航天工业进入了一个新的发展时期 我国航空工业真正起步于清政府(即1910年)。从1910年到1949年中国一直处于动乱和战争时期，这时期所有的原材料，机载成品和设备几乎全部依赖外国进口，更没有与之相关的科研人员和技术师，维修人员也很缺乏。根本没有独立的航空工业，更谈不上航空科研体系。 新中国成立之后，1949年到1951年中国只有少量设备相当简陋的航空工厂，修理、装配和制造过少量飞机。1951年国家将航空工业体系建立纳入国家议程，中央军委和政务院颁发了《关于航空工业建设的决定》，对新中国航空工业建设的任务方针、组织领导等做出了明确规定。经过50余年的建设，我国航空工业从修理到制造，从仿制到自行研制，已经形成了具有相当规模和基础，配套齐全的航空科研设计，制造和试验的工业体系。
50多年来，我国先后建立了飞机发动机航空电子军械设备，仪表等专业设计研究机构，建立了空气动力，强度，自动控制，材料，工艺，试飞和计算技术等专业研究试验机构。我国航空工业科研的技术手段不断更新，试验设备日臻完善，已建成一批技术先进的风洞试验设施，飞机全机静力试验室，发动机高空试车台，飞行试验实数据采集和处理系统等设备。 由于航空工业体系的发展和日臻完善，我国在军用飞机，民用飞机，直升机等各种类型的机种都迅猛向世界各类先进机种靠近。 军用机从最初的仿制苏联的雅克-18飞机生产初级教练机，到自行设计并研制成功的第一架飞机歼教1。它的研制成功对培养我国第一代飞机设计人员积累自行研制飞机的经验具有重要的意义。此后我国第一架喷气式战斗机歼5诞生，这是一种高亚声速歼灭机，使我国的航空工业和空军进入喷气时代。歼6飞机是我国第一代超音速战斗机，歼7和歼8等在其基础上不断更新改进和提高。歼10战斗机是我国自行研制的具有完全自主知识产权的第三代战斗机。轰5、轰6、水轰5、飞豹等轰炸机，枭龙FC-1型轻型多用途战斗机，使我国飞机不仅在数量上有所增加，在种类上也不断增多，这也说明我国航空工业不但在技术上不段更新和创新，在研制飞机种类上也不放松，两者齐头并进 民用飞机运5飞机是新中国制造的第一架小型运输机，之后“北京”一号、运7、运8等不断更新。直升机如直5、直8、直9、直11、“延安”2号、“701”型等种类多样。可以看出我国航空工业生产的飞机不仅能够保家卫国，固守我国疆域，而且越来越多的可以进入民用，为人民服务。在运输，邮递，救护，搜索，抗震救灾，护林播种等方面也发挥着越来越重用的作用，甚至是不可替代的。我国航空工业从最开始的标志性研制和研发，到现在在经济上发挥作用，促进经济发展，已经体现出了其巨大的经济价值和潜力。 随着我国航空工业体系的完善，越来越多的航空人才培养诞生。我国在先进战斗机发展方面，也可以与美国，俄国，欧洲等国家相互竞争。随着科技发展越来越先进，各国之间的竞争与合作越来越紧密，航空工业的发展也越来越重要。未来航空工业的发展实际就是科技的发展。空气动力学的研究，推进技术的创新，材料和结构的研制，航空电子与控制等的发展与进步是航空工业进步的基础。 展望未来，如何提高未来飞机的性能，空气动力学一直是航空器设计的考虑的关键。计算流体力学（CFD）仍是研究重点，欧拉和N-S方程的数值求解与网络生成技术备受关注，低雷诺数空气动力学，仿生空气动力学等流动现象的研究将仍是未来的前沿课题。 推进技术方面，提高热机和推进效率，降低燃油消耗，提高推力级，降低噪声，增加可靠性，减少排放。今后一段时间仍是发展的目标。组合发动机，超燃冲压发动机，脉冲爆震发动机以及其他新概念或非常规发动机的原理研究也是这一领域的重点。 材料和结构方面，金属材料仍然是今后飞机机体的主要用材，因而在不降低现有材料寿命的条件下提高材料的比刚度，韧性和抗腐蚀能力，同时也要开展比强度更高的新材料研制与开发。研究和发展实用的复合材料结构的设计，分析，制造，检验和修理方法；研究和发展复合材料的损伤容限机理和实用的无侦探伤技术；研究和开发耐高温树脂材料，陶瓷基复合材料，智能结构材料等。 航空电子与控制方面，利用各种来源的导航信息，实施航迹的跟踪与管理。为实现全天候起降，要建立可靠的防撞系统。研制新的风切变探测装置及其回避系统。在座舱显示系统方面要增加显示信息和数据，增加实景画面，利用语音控制来提高飞行员的操作正确性。 我国未来的航空工业发展是以人才为基础进行创新和革新，在高端新科技上我们有自己的技术和研究方法，在经济上能作出巨大贡献，生产更多民用飞机走进千家万户。 同时在中国面临的严峻的战略形势下，航空工业的发展显得与为重要。 航空器与航天器的分类
对接技术
对接技术： 交会对接是指两个航天器在空间轨道上会合，并在结构上连成一个整体的技术。而对于载人航天工程而言，这项技术具有怎样的影响和意义呢？ 大家知道，各国在进行载人航天工作时，把航天员送入太空所使用的运输工具要么是载人飞船，要么是航天飞机。然而，这些都不能实现在轨道上长时间工作的目标。相比而言，空间站较前两者规模更大、设备更齐全、科研能力也更强，而中国载人航天工程的第三步就是要建立一个永久太空站。中国载人航天工程总设计师周建平这样形容建立空间站与交会对接的关系：“交会对接是为空间站提供补给的一个前提，你不能实现交会对接，你补给不上，你就根本不可能去研制空间站。” 换句话说，交会对接是实现航天站、航天飞机、太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。“天宫一号”目前已经顺利升空并进入预定轨道，“神舟八号”飞船即将与它进行交会对接试验。那么，在交会对接过程中，两个飞行器的角色分别是怎样的呢？空间技术专家、神舟飞船总设计师戚发轫告诉记者：“交会对接是靠两个飞行器来完成的，…天宫一号?是作为一个目标飞行器，…神舟八号?是作为一个追踪飞行器，它们两个共同完成交会对接这个任务。” 从位置上来讲，在交会对接的时候，“神舟八号”飞船以适当的速度，主动追击“天宫一号”。在两者不断接近的过程中，飞船将根据目标飞行器的状态，进行若干次变轨。同时，飞船还要调整轨道面，保证其运行的轨道与天宫一号的轨道“共面”，也就是与之处于同一个平面。这应该如何来理解？ 在三维空间进行两个航天器的对接，只有做到上下左右不偏不倚，才能确保不出意外。这样的操作，难度不可谓不大。如果这些过程改为在一个平面上进行，那么航天器就只需要进行左右调整了——这种仅在平面上的移动看似简单多了，然而，它却给发射任务带来了新的要求。载人航天发射场系统副总师郑永煌说：“一旦…天宫?(一号)这个轨道确定，然后我…神八?飞船发射就要瞄准…天宫?的对接轨道，我们叫共面发射。(这)就对这个发射窗口的选择很严格，要求是零窗口，就是要求准时发射。” 郑永煌所说的发射窗口是指允许运载火箭发射的时间范围，习惯上也被称为允许发射阶段。这个范围的大小也叫做发射窗口的宽度。窗口宽度有宽有窄，宽的以小时计，甚至以天计，而窄的只有几十秒钟，甚至为零。为了实现两者轨道共面，“神舟八号”要力争零窗口发射。郑永煌补充到：“如果你不准时发射的话，一有偏差，那等于说这个共面有偏差了，(而)带来偏差就得由咱们运载火箭来进行修正。如果火箭修正不了，就要靠飞船修正。所以我说明这两个概念，一个概念要求是零窗口准时发射；第二，你不零窗口发射不(是)说不可以，但是对我的飞行安全构成影响。”
电气控制大作业(推荐文档)
低压电器及其控制技术 课程设计 指导老师： 专业： 班级： 姓名： 学号：
电气控制大作业 1、分析具有反接制动电阻的可逆运行反接制动控制线路的控制原理。 将图中旧标准的电气符号改正为GB-1987所规定的新的文字标识符号。 （1）写出反向运行时按下停止按钮时的电气控制逻辑顺序； 答：按停止按钮SB1，K4及KM2线圈相继断电，触点复位，电动机反向电源被断开。由于电动机转速较高，速度继电器KS的反转常开触点KS2仍闭合，中
间继电器K2线圈保持着通电状态。KM2断电后，其常闭触点的闭合使正转接触器KM1线圈通电，接通电动机正向电源，进行反接制动。同时，由于中间继电器K4线圈断电，接触器KM3断电，电阻R被串入主电路，限制了反接制动电流。电动机转速迅速下降，当转速下降到小于100 r/min时，速度继电器KS的反转常开触点KS2断开复位，使K2线圈断电，KM1线圈也断电，反接制动结束。 （2）写出正向运行时反向启动的电气控制逻辑顺序； 答：按下停止按钮SB1，待反接制动结束，电机停止运转后，按下反向启动按钮SB3，中间继电器K4线圈通电且自锁。K4的一个常开触点接通反转接触器KM2线圈电路，其主触点闭合，电动机反向起动。反向起动刚开始，速度继电器的常开触头KS2尚未闭合，使中间继电器K2无法通电，KM3线圈回路中的K2常开触点不闭合，致使KM3不通电，电动机定子串电阻起动，限制了起动电流。当电动机转速上升到一定转速时，KS的反转常开触点KS2闭合，使中间继电器K2线圈通电且自锁，这时由于K2，K4中间继电器的常开触头均处于闭合状态，接触器KM3线圈通电，其主触点闭合，短接电阻R，电动机继续升速到稳定工作转速。 （3）写出反向运行时正向启动的电气控制逻辑顺序。 答：按下停止按钮SB1，待反接制动结束，电机停止运转后，按下正向启动按钮SB2，中间继电器K3线圈通电且自锁。K3的一个常开触点接通正转接触器KM1线圈电路，其主触点闭合，电动机正向起动。正向起动刚开始，速度继电器的常开触头KS1尚未闭合，使中间继电器K1无法通电，KM3线圈回路中的K1常开触点不闭合，致使KM3不通电，电动机定子串电阻起动，限制了起动电流。当电动机转速上升到一定转速时，KS的反转常开触点KS1闭合，使中间继电器K1线圈通电且自锁，这时由于K1，K3中间继电器的常开触头均处于闭合状态，接触器KM3线圈通电，其主触点闭合，短接电阻R，电动机继续升速到稳定工作转速。
飞行器结构动力学-期末考试(大作业)题目及要求
《飞行器结构动力学》 2019年-2020年第二学年度 大作业要求 一、题目： 1.题目一：请围绕一具体动力学结构，给出其完整的动力学研究报告， 具体要求： （1）作业最终上交形式为一个研究报告。 （2）所研究结构应为实际科学发展或生产生活中的真实结构，可对其进行一定程度的简化，但不应过分简化，不可以为单自由度 系统，若为多自由度系统，其自由度应不少于5。 （3）所研究内容应当围绕本学期所讲授的《飞行器结构动力学》课程内容展开，可以包含但不限于：不同研究方法的对比，对结 构动力学响应的参数影响研究，针对结构动力学响应的结构优 化设计，动力学研究方法的改进，结构动力特性影响机理分析 等。 （4）研究报告应至少包含8部分内容：摘要，关键词，引言，问题描述，分析方法，研究结果，结论，参考文献等，正文字号为 小四，1.5倍行距，篇幅不短于3页，字数不少于1500字。 2.题目二：请拟出一份《飞行器结构动力学试卷》并给出正确答案和评 分标准，具体要求： （1）作业最终上交形式为一份考试卷答案及评分标准，具体形式及格式参考附件。 （2）题目应当围绕本学期所讲授的《飞行器结构动力学》课程内容展开，且明确合理无歧义。 （3）卷面总分100分。其中，考察单自由度系统知识点题目应占总分值的30%~40%；考察多自由度系统知识点题目应占总分值的 15%~30%；考察连续弹性体系统知识点题目应占总分值的 15%~30%。考察结构动力学的有限元方法及数值解法占
15%~30%。 （4）试卷可以包含的题目类型为：单选题，填空题，简答题和计算题四类，题目类型应不少于2种，不多于这4种。其中计算题 为必含题目，且分值应不少于40%。 （5）每道题均应给出分值、标准答案和评分标准。 分值的安排应当合理并清晰，需针对每道具体题目给出。 标准答案应当正确无误，且清晰明确，包含整个分析或计算的流程步骤。针对概念或问答等类型题目，应当给出该问题及 答案的来源，并附图以证实。针对计算类型题目，应给出至少 两种不同计算方法及其相应的计算步骤和结果，以证实该结果 的正确性。 评分标准应当合理并清晰地给出标准答案和分值的对应关系，例如：填空题应给出每一空格的分值；简答题应细化给出 题目内所有的关键内容，并给出所有关键内容各自所对应的评 判标准及分值；计算题应依据计算步骤给出每一关键步骤对应 的评判标准及分值。 二、要求 1.大作业题目有两道，请自选其一完成。 2.大作业上交截止时间为2020年6月2日晚12点，逾期则认定为缺考 无成绩。 3.大作业评定分为5个等级，分别为：优（90~100分），良（80~90分）， 中等（70~80分），及格（60~70分）和不及格（60分以下）。其中由于 题目难易关系，若无抄袭情况出现，选择题目一的学生可以寻求任课 老师指导，且等级至少为良。 4.抄袭判定：上交作业若出现重复率超过30%情况则判定为抄袭，有7 天时间可以修改，修改后若仍旧为抄袭，则涉及学生均按照不及格处 理。 5.大作业相关参考资料见附件。