脉冲推力作用下航天器自主交会过程轨道控制及多目标优化方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61203122
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0301.控制理论与技术
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

Orbital control problem of autonomous spacecraft rendezvous is one of the important research issues in aerospace research field. Especially, the relative researches have lots of significant for the moon-fall and space station projects of China. Recently, impulsive thrust has been widely used in spacecraft orbital control. However, most of existing impulsive-thrust control methods are based on open-loop control scheme, which is realized by off-line calculations. Compared with the open-loop control scheme, the closed-loop control scheme has greater flexibility and disturbance attenuation ability. This is because the closed-loop control scheme can determine the needed impulsive thrust according to the real-time situation during the rendezvous process. Thus, in this project, the closed-loop control problem of spacecraft autonomous rendezvous with impulsive thrust is deeply studied. Firstly, the dynamic model of autonomous rendezvous is built with consideration of complex uncertainties and external disturbance. Based on this model, the impulsive-thrust is regarded as four different kinds of realization approaches. The multi-constraints, multi-performance optimization requirements of these four different kinds of impulsive-thrust are analyzed deeply. Then, multi-objective optimization closed-loop controller design problem is studied based on robust control theory, convex theory, optimization control theory and genetic algorithm. Meanwhile, due to the measurement difficulty of some relative motion states or parameters, the observer design problem is also studied in this project. Then, the final purpose of this project is to propose a closed-loop control scheme which can be realized in spacecraft rendezvous engineering, and solve the orbital control problem of autonomous rendezvous for spacecraft with impulsive-thrust.
航天器自主交会的轨道控制问题是航天领域研究的热点问题之一,尤其对于我国登月工程和空间站计划具有非常重要的现实意义。脉冲推力是目前普遍采用的航天器轨道控制形式,但现有的脉冲推力控制大多是基于离线设计的开环控制方法。相比之下,闭环控制可根据实时运行情况在线确定脉冲推力,灵活性高且抗干扰能力强。本项目即针对脉冲推力作用下闭环控制方法进行深入研究:首先综合考虑复杂不确定性及扰动建立航天器自主交会动态模型;基于此模型,根据脉冲间隔及推力大小不同,深入分析四种脉冲推力形式下多约束、多性能指标优化的控制器设计要求;利用鲁棒控制、凸优化理论、最优控制理论及遗传算法等方法研究基于多目标优化的控制器设计问题;同时,针对部分运动状态及参量难以测定而传统卡尔曼滤波器难以适用的情况,研究航天器运动状态及参量的在线观测问题,最终提出一套切实可行的闭环控制方案,较全面地解决脉冲推力作用下航天器自主交会的轨道控制问题。

结项摘要

航天器自主交会的轨道控制问题是航天领域研究的热点问题之一,尤其对于我国登月工程和空间站计划具有非常重要的现实意义。在航天器自主交会过程中,脉冲推力是普遍采用的控制形式,但现有的脉冲推力控制大多是基于离线设计的开环控制方法。相比之下,闭环控制可根据实时运行情况在线确定脉冲推力,灵活性高且抗干扰能力强。本项目即针对脉冲推力作用下闭环控制方法进行深入研究。. 在三年的研究工作中,项目组首先综合考虑复杂不确定性及外部扰动建立航天器自主交会动态模型;基于此模型,根据脉冲间隔及推力大小不同,深入分析四种脉冲推力形式下多约束、多性能指标优化的控制器设计要求;利用鲁棒控制、凸优化理论、最优控制理论及遗传算法等方法研究基于多目标优化的控制器设计问题。将切换控制思想应用于航天器轨道控制问题的分析中,并成功利用切换控制的方法设计了脉冲推力作用下航天器自主交会过程的轨道控制方案。同时,考虑到航天器交会过程对相对姿态的要求以及姿态控制与轨道控制的耦合作用,项目进行过程中也将航天器姿态跟踪和稳定控制纳入到研究内容中,并应用自适应控制、模糊控制探索了航天器姿态跟踪问题,提出了一些能够抑制不确定性和外部扰动的姿态跟踪控制方法,以及容错控制方法。在航天器相对轨道控制及姿态控制研究过程中取得的一些结论和方法,也成功应用于高超声速飞行器、卫星编队飞行、多智能体系统以及结构振动控制领域,取得了一些研究进展。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
Synchronization of identical linear dynamic systems subject to input saturation
受输入饱和影响的相同线性动态系统的同步
  • DOI:
    10.1016/j.sysconle.2013.11.010
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Systems & Control Letters
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Wang Qingling;Yu Changbin;Gao Huijun
  • 通讯作者:
    Gao Huijun
Data-Driven Adaptive Observer for Fault Diagnosis
用于故障诊断的数据驱动自适应观测器
  • DOI:
    10.1155/2012/832836
  • 发表时间:
    2012-01-01
  • 期刊:
    MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yin, Shen;Yang, Xuebo;Karimi, Hamid Reza
  • 通讯作者:
    Karimi, Hamid Reza
Optimization of control parameters based on genetic algorithms for spacecraft attitude tracking with input constraints
带输入约束的航天器姿态跟踪遗传算法控制参数优化
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2015.11.022
  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Yanlong Jia;Xuebo Yang
  • 通讯作者:
    Xuebo Yang
Semiglobal stabilization of saturated linear systems via multiple parametric Lyapunov equations
通过多参数李雅普诺夫方程实现饱和线性系统的半全局稳定
  • DOI:
    10.1002/rnc.3070
  • 发表时间:
    2013-10
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF Robust and Nonlinear Control
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Qingling Wang;Changbin Yu;Huijun Gao
  • 通讯作者:
    Huijun Gao
Nonfragile Output Tracking Control of Hypersonic Air-Breathing Vehicles With an LPV Model
LPV模型高超声速吸气飞行器的非脆弱输出跟踪控制
  • DOI:
    10.1109/tmech.2013.2255064
  • 发表时间:
    2013-04
  • 期刊:
    IEEE/ASME Transactions on Mechatronics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    L. Wu;Xuebo Yang;F. Li
  • 通讯作者:
    F. Li

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  • 通讯作者:
    杨学博

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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