提高S盒非线性度的有效算法

S盒是分组密码算法中的重要的非线性部件.William Millan曾给出一个能改善S盒非线性度的Hill Climbing算法,它通过交换S盒的两个输出向量来提高S盒的非线性度直到非线性度达到一个局部最优值,即交换任何两个输出向量也不能提高S盒的非线性度.本文研究了如何同时改变S盒的三个输出向量的位置来提高S盒的非线性度,并给出了MHC算法,它能在Hill Climbing算法的基础上进一步提高非线性度.实验证明,MHC算法对随机S盒的优化效果明显大于Hill Climbing算法.     

四旋翼无人机的偏航抗饱和与多模式PID控制

四旋翼无人机偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,因此在偏航运动上更容易出现执行器饱和.特别在外界干扰下,偏航常常出现饱和现象,对此从实际工程出发提出了一种多模式PID(MMPID)控制器,抑制偏航饱和,并保证在外界干扰情况下具有较好的偏航控制性能.首先,根据四旋翼无人机的动力学模型,设计了基于MMPID的偏航控制器.MMPID算法具有多模式特性,在满足一定条件时采取退饱和控制策略.其次,利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于MMPID的偏航控制系统的稳定性.最后,通过四旋翼无人机偏航仿真实验比较了MMPID与变结构PID算法的抗饱和性能与偏航控制性能,结果表明MMPID算法具有明显的控制性能优越性.并且,通过四旋翼原型机实验验证了MMPID偏航控制器的有效性和鲁棒性.实验结果表明:在室内无干扰情况下,基于MMPID的偏航系统基本无执行器饱和现象,最终偏航角误差收敛到±0.05 rad;在室内加入干扰情况下,执行器退出饱和时间约10 s,偏航角误差收敛到±0.08 rad;在室外,偏航退饱和时间约5 s,偏航误差收敛到±0.13 rad.MMPID控制器有效地抑制了四旋翼无人机偏航运动上的执行器饱和,并可实现准确的偏航姿态控制和强鲁棒性.     

变桨距风电机组仿真模型与控制

针对变桨距风力发电机组,建立了包含风、空气动力、发电机、偏航系统以及桨距系统的模型,并对变桨距风力发电机组模型设计了控制逻辑和控制回路.偏航和变桨是影响发电机组功率的主要因素,在偏航模型和控制系统中充分考虑了偏航角的解缆问题以及风向突变时风机偏转方向的算法设计;在变桨模型和控制系统中,根据叶片的气动特性,进行了仿真.控制结果表明,设计的仿真模型和控制方案能够合理地展现变桨距风电机组的动态变化过程.     

SSB炸弹俯仰/偏航通道控制系统设计与仿真

SSB炸弹姿态控制系统是一个多种因素耦合的多输入多输出时变系统,俯仰/偏航通道的控制是整个姿态控制稳定性优化的难点问题.为了保证SSB炸弹在飞行过程中俯仰/偏航通道的稳定性以及具有期望的动态品质,给出了一种基于特征结构配置算法的全局状态反馈控制律设计.首先,在SSB炸弹飞行包线内选取有代表性的特征点,应用系数冻结法得到若干局部子系统.然后,配置算法和控制系统设计性能要求,建立局部子控制器设计的优化数学模型.用Matlab工具箱求解子系统数学模型,得到局部子控制器.最后采用一种平滑变增益方法,得到带前馈控制器的全局状态控制律.仿真结果表明,SSB炸弹俯仰/偏航通道控制系统具有良好的解耦特性,对给定过载指令信号具有良好的跟踪特性,满足性能指标要求.     

新型大量程X-Y-θ三自由度栅式电容位移传感器设计

提出实现大量程X-Y-θ三自由度位移测量的栅式电容位移传感器设计并分析其测量特性。考虑偏航角误差影响,建立典型直线型栅式电容位移传感器偏航角误差模型,分析偏航角误差对线性位移测量精度的影响。并依此提出X-Y-θ三自由度位移测量新方法,通过和差化积解耦算法分离偏航角误差对X-Y线性位移测量的影响,同时输出偏航角位移量。实验结果表明,所设计的传感器偏航角位移θ为0.2°,0.4°,0.8°和2.0°时,X-Y线性位移信号的非线性度维持在0.24%~0.62%之间,拟合输出偏航角位移信号的最大误差量不超过0.01°。三自由度位移量解耦效果明显,测量稳定性得到显著改善。     

基于飞轮的偏置动量卫星周期干扰补偿方法

为了提高偏置动量卫星姿态控制精度,针对三轴稳定偏置动量卫星滚动/偏航回路周期干扰力矩补偿问题,提出了一种基于反作用飞轮的滚动/偏航回路周期干扰力矩补偿方案.采用频率分离法,分析了周期干扰力矩对卫星滚动/偏航回路姿态控制精度的影响.设计了周期干扰力矩的飞轮补偿方案,该干扰力矩补偿方案由安装在卫星滚动/偏航轴上的反作用飞轮实现.仿真结果表明,所设计的飞轮补偿方案提高了滚动/偏航轴的控制精度,从而验证了飞轮补偿方案的可行性和有效性.     

基于磁传感器的飞行器姿态测量方法

为近程自旋飞行器设计了一种基于地磁测量的姿态测量方法。根据此类飞行器飞行过程中偏航角较小,射程较近时偏航角可以忽略的特点,在偏航角可以忽略的情况下进行姿态角算法分析。由于第一种方法存在姿态角根取舍的问题,首先,利用空间转换矩阵推导出飞行器姿态角的表达式。然后,利用几何分析的方法推导出了飞行器姿态角表达式,并对该算法的误差进行仿真。仿真结果表明:误差在可接受范围。     

常规弹药滚转角磁测算法中偏航角干扰分析

在常规弹药利用地磁场信息制导中根据其弹道特点通常将偏航角设为零进行弹体滚转角解算,这就会导致偏航角变化时滚转角解算精度受到影响.针对滚转角磁测算法中假设偏航角为零时偏航角变化会引起滚转角解算误差的特性,采用非线性系统小扰动线性化的方法求出偏航角对滚转角解算精度的具体影响规律.首先分析了利用地磁场信息进行滚转角解算的原理并说明算法中偏航角引起滚转角解算误差的原因,然后推导了滚转角解算的系统误差方程并分析影响解算精度的因素,最后进行仿真和半物理实验验证.仿真和实验结果表明,此误差方程能够计算出偏航角变化对滚转角解算误差造成的具体影响,从而为后续常规弹药制导中弹体发射条件提供理论依据.     

基于互补滤波和粒子滤波融合的球形机器人姿态解算

针对球形机器人在运动控制中难以实时、准确地获取机器人的位置和姿态估计精度的问题,提出了一种基于互补滤波和粒子滤波相融合的姿态解算算法.为了避免使用磁力计数据参与四元数计算时俯仰角和横滚角误差较大的问题,使用陀螺仪和磁力计互补滤波算法单独对球形机器人的偏航角进行解算,同时,通过信息熵评估磁力计噪声大小,动态调整磁力计在互补滤波中的权值.实验结果表明,在外部磁场干扰实验中,偏航角误差在3?以内,在球形机器人动态和静态实验中,偏航角误差在0.3?左右,俯仰角和横滚角误差能够控制在0.1?之内.因此,该算法能够保证球形机器人姿态解算的实时性,增强准确性和和抗干扰能力,有效提高球形机器人运动控制的精度.     

基于一致性的小型四旋翼机群自主编队分布式运动规划

设计一种小型四旋翼无人机群起飞后自主形成正多边形编队的分布式运动规划方法.在四旋翼无人机的串级控制系统框架下,分布式编队控制器以简化agent模型为基础,同时采用平均一致性算法和有领导一致性算法,共同产生各无人机位置与偏航角的期望轨迹.讨论了达成最终协调目标队形的拓扑条件,并给出一种基于有向Hamilton环的通信拓扑设计方案.最后通过数值仿真验证了所提出算法的有效性.