深海空间站回转型穿梭器网络化控制性能分析与优化

According to the rotary structural characteristics and multi-task configuration requirements of the shuttle for deep-sea space stations，the performance of the networked control system and the quality of network transmission are investigated. The main contents are as follows: ①With the consideration of overall structure and multi-rudder layout, the vector control approach is investigated for networked control system of the rotary shuttle,the Lyapunov equation and dicrete-time Riccati equation are used to analyze its stability, to enhance its precision in spacial location and orientation. ②According to the requirements of multi-task and field configuration, and the characteristics of module node transmissions in the shuttle, the multi-agent and intelligent searches are used to get dynamic balance transmission scheduling arithemic, in order to strengthen the communication scheduling adaptability under different configurations. ③Aiming at different precision requirements in different navigation stages, the Gradient Descent Arithemic(GDA) and the Weighting Function Arithemic(WFA) are used to comprehensively optimize the control and transmission, in order that the shuttle can meet the different control performance requirements during shultting among the space stations, and coming in or out the space stations.

针对深海空间站穿梭器回转型结构特点和多任务配置需求，着重研究其网络化系统控制和信息传输的综合优化问题，主要内容包括：①结合穿梭器外形结构和X型舵面布局特点，采用矢量控制原理研究其网络化体系结构下的定位、定姿控制方法，并利用Lyapunov和Riccati函数分析控制系统的稳定性，提高穿梭器的远程航行和进出舱控制精度；②根据穿梭器多任务需求和现场快速模块配置特点，结合多功能模块节点信息传输状况，采用multi-agent、智能搜索等调度算法研究动态平衡传输调度策略，提高穿梭器在不同任务状态下通信调度的自适应性；③分析穿梭器在不同航行阶段对控制精度指标的不同需求特点，采用梯度下降、权函数分配等方法研究其控制精度与传输调度综合性能优化方法，满足穿梭器在高速穿梭航行和低速出入水下空间站等不同情况下的控制精度指标要求。

针对水下穿梭器网络化控制系统性能需求和特点，项目组对深海穿梭器网络化控制、信息传输等问题进行了深入研究，主要研究内容包括：.①研究分析了深海空间站穿梭器航行过程中的约束条件，设计了基于X型舵的高精度非线性姿态控制器，提高了穿梭器定位、定姿控制精度和响应速度，并采用自适应滑模方法对系统不确定性参数进行估计，提高了穿梭器在水下空间航行的控制系统性能；.②针对穿梭器水下航行过程中多任务需求和模块配置的特点，建立了数据包网络传输模型，采用遗传算法设计了自适应网络数据传输调度方法，提高了网络数据传输服务质量。研究中搭建了穿梭器网络化控制系统仿真平台，验证了网络数据传输调度方法，提高了穿梭器网络通信调度的适应性。.③结合穿梭器不同航行阶段的控制系统任务和数据传输特点，研究穿梭器网络数据传输诱导时延估计方法，建立了时延补偿模型，将网络传输时延转换为穿梭器空间运动方程参数，采用自适应律对控制系统不确定性进行在线估计，采用滑模变结构控制方法，提高了穿梭器控制系统和网络传输的综合性能。.④针对穿梭器在不同航行阶段的导引需求，采用启发式优化算法规划了回收全局最优路径，研究了基于水声导引的穿梭器对接博弈导引方法和基于图像导引的水下对接导引方法，为穿梭器水下对接奠定了基础。另外，将网络化控制方法应用到水下遥操作控制，采用阻抗、模糊控制等方法，改善了遥操作系统控制性能，表明所研究的网络化控制方法具有一定的通用性。