基于DOB与扰动前馈的惯性参考单元位置控制技术研究

惯性参考单元(IRU)是抑制运动载体光电跟瞄系统载体振动干扰的有效手段. IRU系统指向精度受机械谐振、传感噪声、驱动器输出纹波、基座角振动等内外部扰动影响,不同扰动的来源、特征均有所不同.对IRU系统的多源异质扰动抑制方法展开研究,在分析系统内外部扰动来源、特征的基础上,提出改进型扰动观测器(RDOB)结构,实现系统窄带大幅值扰动的抑制,结合扰动前馈结构,进一步提升系统对外部扰动的抑制能力,并通过仿真和实验验证控制方法的有效性.结果表明:基于RDOB与扰动前馈技术的控制结构能够实现100 Hz的位置控制带宽,多源异质扰动作用下的闭环指向精度为1μrad,对20 Hz外部扰动的抑制能力可达-32.03 dB,在0.1 mrad、20 Hz外部扰动作用下, IRU系统对0.2 mrad、1 Hz正弦信号的跟踪精度为6.1μrad.     

基于NOB的线性自抗扰控制在惯性参考单元中的应用

高增益的线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC),应用于系统输出被噪声污染的场合时,性能会受到较大的影响和限制.针对经典滤波算法噪声抑制效果差,带宽损失严重的问题,提出利用噪声观测器(noise observer, NOB)降低LADRC噪声敏感,从而提高系统带宽的控制策略.首先,分析LADRC的频域特性和离散化效果,明确传感噪声对系统带宽的影响;然后,介绍基于NOB的LADRC实现,并进行系统内稳定性的分析;最后,针对惯性参考单元的位置环,将所提出方案与低通滤波器、预报式跟踪微分器进行对比分析.仿真结果表明,NOB能够在抑制噪声的同时,减小相位损失;硬件实验表明,引入NOB滤波的LADRC,驱动信号的RMSE降低至LADRC的20.47%,系统阶跃响应的上升时间减少56.67%,表明NOB对于降低LADRC的噪声敏感,提高系统带宽具有显著效果,具备相当的工程实践意义.     

一种快速反应系统的信号采集与转换方法

快速反应系统的两个主要技术关键是 :敏感元件具有低漂移特性 ,信号处理电路具有高准确度、快速性和实时性的特性。介绍了对于一种高准确度传感器采用压频转换后进行计数处理的信号转换电路 ;并与模数转换电路进行比较。实验结果表明整个系统具有很高的可靠性和实用性     

同时含有未知输入和测量干扰系统全维和降维观测器设计

针对同时含有未知输入和测量干扰的不确定系统研究了全维和降维观测器设计问题. 首先, 利用待定系数法给出了全维观测器的结构和存在条件. 该条件完全由原系统的系统矩阵给出, 易于检验. 对于降维观测器, 为了消除测量干扰的影响, 提出了一种新的测量输出构造方法, 使得新构造的测量输出不再包含干扰信号. 此外, 证明了全维和降维观测器存在条件的内在统一性, 即全维观测器所需要满足的观测器匹配条件和强可检测条件在研究降维观测器所要讨论的新的系统中都可以得到保持. 因而, 在全维观测器存在条件下, 也可以设计一个相应的降维观测器. 最后, 给出了一个数值例子验证所提方法的有效性.     

采用改进型扰动观测器的控制方法

提出一种适用于非最小相位对象的改进型扰动观测(DOB)结构.通过新增两个控制器,该结构不但对标称性能控制器输出进行动态补偿,而且还补偿了系统输出反馈信号.因此,基于新DOB的控制结构不但能在低频段很好的抑制外部干扰,消除实际被控模型摄动对闭环系统的输出性能的影响,更重要的是提高了抑制高频测量噪声的能力.最后,讨论了该控制结构的内部稳定性和鲁棒稳定性.     

高旋弹用惯性测量系统多量程传感器组合设计

由于高旋武器弹药在初始时刻具有高转速和高加速度的特点,使半捷联MEMS惯性测量系统的减旋系统超调大,致使MEMS惯性传感器测得瞬时数据大,超出量程,影响数据分析与解算,提出一种适用于高旋弹用的多量程传感器组合设计,采用多量程的惯性传感器和MIMU组合将弹体各个飞行阶段的数据进行测量;用A/D转换器将其输出的模拟量转换为数字量,通过FPGA模拟通信口接收数据并存储在FLSAH中,实现对半捷联惯性测量系统的实时记录.通过高速飞行仿真转台试验验证:该设计能实时准确采集并存储弹体信息,对常规弹药的制导化具有很大的应用价值.     

射频仿真系统目标驱动方法研究

针对飞行武器平台攻击雷达目标进行射频仿真中的关键问题,该文建立起一种目标模拟阵列的驱动模型,在射频仿真系统中复现实际作战过程中的空间关系。依据目标与攻击武器的偏角关系,导引头、武器平台、地面及仿真环境四个坐标系间的位置关系,该文建立数学模型,确定出目标在仿真阵列上的角位置坐标;通过控制目标阵列在不同的位置辐射信号来模拟目标相对于攻击武器的空间移动,实现攻击过程的动态仿真;并给出系统控制流程;最后实验验证了模型的正确性。     

基于脑电和惯性同步分析的神经动力学耦合研究

运动控制是神经、运动和感觉功能的多方面协调及信息交互作用过程,探究运动系统中运动-生理信息间的关联关系对于理解人体运动控制机制具有重要意义。为此,本文通过对脑电信号（Electroencephalogram, EEG）和惯性信息中的加速度信号（Acceleration, ACC）进行相干分析,探究上肢静息态和任务态时EEG和ACC信号间的因果关系及演变规律。首先,通过对7名受试者的EEG和ACC信号进行预处理,去除信号中的干扰成分;进一步,分别计算在静息态、任务态（动态力、静态力）下的EEG和ACC信号间的相干性结果,并通过显著相干的阈值指标来计算显著性面积进而实现量化分析。结果显示,在动态力下的EEG-ACC相干显著性面积大于静态力下的值,静态力下的显著性面积大于静息态下的值;且分别在左、右侧上肢运动时,EEG的C3、C4通道与ACC间的显著性面积也呈现出在对侧运动脑区显著。研究结果表明,EEG和ACC信号间的同步特征在上肢运动的静息态、任务态（动态力、静态力）下有显著特征,这有助于深入理解神经-运动控制机制,为运动功能评估提供新的定量指标,进而为运动功能障碍疾病的早期诊断提供理论依据。     

一类随机系统基于干扰观测器的抗干扰控制

针对一类带有多源干扰的随机系统,研究其抗干扰控制问题.针对可以由未知参数的外源系统产生,代表频率、振幅和初相都未知的干扰,构建随机自适应干扰观测器对其进行估计.基于此,结合自适应控制和随机控制的方法,提出基于干扰观测器的抗干扰控制策略,保证复合系统的所有信号均为均方渐近有界.仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性.     

具有未知输入干扰的补偿控制

针对系统存在干扰波形已知但干扰幅值未知或幅值无界的一类外界干扰,提出了一种实现干扰补偿的控制策略,并给出了具体的设计过程。通过对原系统构造一个新的系统输出并为其设计状态观测器,进而实现对状态和干扰的同时估计。此外,并将干扰的估计信息引入到控制律当中,从而实现系统对外界干扰的补偿控制,保证系统状态有界。仿真结果验证了这一控制方法的有效性。     

基于干扰观测器的一类奇异系统H∞控制

提出了一种基于干扰观测器的奇异系统鲁棒H_∞控制方法.外部干扰广泛存在于奇异系统中,为了降低其对系统的影响,设计了一种奇异系统干扰观测器以估计系统干扰.然后给出闭环系统相容的条件,设计一种基于干扰观测器的鲁棒控制器,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的渐近稳定性,通过设计指标函数得到闭环系统具有鲁棒性能的条件.相对于传统鲁棒控制方法,基于干扰观测器的方法降低了系统设计的保守性.最后,通过仿真实验验证了所提出方法的正确性和有效性.     

惯性测量组件动态误差补偿

介绍了惯性测量组件常用的动态误差模型,讲解了对动态误差系数进行标定常用的恒速试验和角振动试验,在此基础上,重点讲述了优化改进的正交三轴匀角速率试验,对惯性测量组件的动态误差进行了较好的补偿。     

我国惯性仪器仪表的技术特点及发展综述

惯性仪器仪表技术已成为衡量一个国家科学技术水平和国防实力的重要标志之一。现今,国防领域和民用市场的旺盛需求极大的促进了惯性仪器仪表的发展,需求牵引成为惯性仪器仪表发展的源动力。本文简述了我国惯性仪器仪表的发展历史,总结了我国惯性仪器仪表的最新发展现状,分析了该行业的行业特点,并对未来市场需求进行了预测。