复杂限制条件下电动力绳系离轨系统动力学分析及控制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11772150
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

This project is motivated by the requirement of removing space debris from the Earth orbits, and focuses on the dynamics and control of the deorbiting electrodynamic tether systems. The research topics of concern mainly include the problems of dynamic modeling and analysis, state estimation, controller design and ground-based experiments, etc. The research is based on a tight combination of theoretical, numerical and experimental studies, with a full consideration of the complex restrictions. The main innovations of the research include: for the problems of dynamic modeling, state observation and controller design, a non-singular description of attitude motions is proposed to replace the conventional method based on dual angular parameters; parameter estimation and disturbance observation are performed to improve the robustness of the deployment control law; online quasi-linearization iterations are exploited for efficiently solving the problems of state estimation and model predictive deorbiting control, etc. The objectives and aims of the research include: building nonlinear dynamic models for the deorbiting electrodynamic tether systems, developing numerical schemes of high precision for simulation verification, and revealing the complex dynamic behaviors due to the time-varying nonlinear characteristics and the multi-physics environment; accounting for the restrictions of measurement and actuation, the constraints of state and control, and the limiting computation resources, proposing the strategies of state observation and estimation which are efficient and easy to implement, and finding reliable and robust control schemes for the deployment and deorbiting processes; developing a ground-based experimental system based on the dynamic similarity of the in-orbit and ground systems for verifying the main results of the research.
本项目以地球轨道空间碎片清理需求为背景,从动力学建模与分析、状态估计、控制器设计及地面模拟实验等方面,研究电动力绳系离轨系统的动力学与控制问题。特色在于理论、数值和实验研究的紧密结合,尤其对复杂限制条件的综合。主要创新:打破基于双角参数的研究惯例,以非奇异姿态运动描述框架开展动力学简化建模、状态观测和控制器设计研究;以参数辨识和扰动观测等方法提高释放控制鲁棒性;以在线拟线性迭代实现移动区间状态估计和模型预测离轨控制问题的高效求解。本项目旨在建立电动力绳系离轨系统的非线性动力学模型,发展高精度数值仿真验证方法,揭示时变非线性特性及多物理场环境导致的复杂动力学行为;考虑测量条件、作动方式、控制/状态约束、计算资源等限制,提出易于实现的高效状态观测和估计方法,实现释放展开及离轨过程的可靠控制;建立天-地动力学相似模拟实验系统,验证主要结果。

结项摘要

电动力绳系离轨是一项具有广阔应用前景的前沿空间技术。本项目综合采用理论分析、数值计算和地面模拟实验方法,开展了电动力绳系离轨系统动力学与控制研究。已按计划开展项目研究,主要成果如下:建立了电动力绳系航天器的非奇异动力学模型,设计了解析形式的电流饱和反馈控制律,提出了基于模型预测控制的电动力绳起旋控制律,设计了基于非奇异模型和向量测量的系绳角速度观测器;分析了绳系卫星系统的非线性共振行为,建立了柔性系绳与航天器的刚柔耦合动力学模型,发展了计入参数不确定性的动力学分析方法;针对绳系航天器的释放控制问题,提出了以模糊动力学模型为基础的鲁棒拉力控制律,发展了电流和拉力的联合控制方法,设计了基于轨迹跟踪的拉力控制律及端部卫星的姿态控制律;基于非奇异姿态动力学模型,发展了非线性模型预测控制律的深度学习方法;基于时间尺度分离的概念和最优控制理论,提出了电动力绳系航天器长时间离轨的反馈控制方法;设计了基于视觉的绳系卫星系绳摆角测量方法和子星弹射机构,建立了电动力绳系航天器的地面模拟实验系统,对系绳摆动控制律进行了验证。本课题研究结果为电动力绳系系统动力学建模/分析、释放/离轨控制提供了新的理论和技术。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
旋转电动帆推进性能指标分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    动力学与控制学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张恒;文浩;罗操群
  • 通讯作者:
    罗操群
Libration control of bare electrodynamic tether for three-dimensional deployment
用于三维部署的裸电动系绳的振动控制
  • DOI:
    10.1007/s42064-018-0020-0
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Astrodynamics
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Luo Caoqun;Wen Hao;Jin Dongping
  • 通讯作者:
    Jin Dongping
Model predictive control for spin-up maneuver of an electrodynamic tether system
电动系绳系统旋转操纵的模型预测控制
  • DOI:
    10.1016/j.actaastro.2021.08.025
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Acta Astronautica
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Luo Caoqun;Huang Lei;Wen Hao;Kang Junjie;Jin Dongping
  • 通讯作者:
    Jin Dongping
De-spinning of tethered space target via partially invariable deployment with tension control
通过张力控制的部分不变部署来消除系留空间目标的旋转
  • DOI:
    10.1007/s11071-019-04811-2
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    Nonlinear Dynamics
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Wen Hao;Jin Dongping
  • 通讯作者:
    Jin Dongping
Robust fuzzy sampled-data attitude control of spacecraft with actuator saturation and persistent disturbance
具有执行器饱和和持续扰动的航天器鲁棒模糊采样姿态控制
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2020.105850
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Aerospace Science and Technology
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Xu Shidong;Wen Hao;Huang Zheng
  • 通讯作者:
    Huang Zheng

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其他文献

带可控臂绳系卫星释放及姿态控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    文浩;陈辉;金栋平;胡海岩
  • 通讯作者:
    胡海岩
五节芒与荻人工杂交种的创建与鉴定研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国草地学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    文浩;葛春霞;龙卫;易自力
  • 通讯作者:
    易自力
Optimal Feedback Control of th
最优反馈控制
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    文浩;金栋平;胡海岩
  • 通讯作者:
    胡海岩
计入姿态的绳系卫星概周期运动及地面实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Advances in the Astronautical Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    金栋平;王晓宇;文浩
  • 通讯作者:
    文浩
Nonlinear dynamics of a flexible tethered satellite system subject to space environment
空间环境下柔性系留卫星系统的非线性动力学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Mechanics (English Edition )
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余本嵩;金栋平;文浩
  • 通讯作者:
    文浩

其他文献

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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

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          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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