基于矢量控制的机场加油系统性能仿真研究

针对机场管道加油系统的要求和特点,建立了矢量控制的变频调速和恒速相结合的三台离心泵并联的机场加油系统。利用AMESim软件,建立了矢量控制三相异步电动机的仿真模型,并与三泵并联的加油系统仿真模型相结合,建立了矢量控制、三泵并联的机场加油系统仿真模型,并进行了性能仿真研究。结果表明:该系统能根据加油枪开启数量的变化自动调节变速泵的转速或恒速泵的启停,以调节系统的供油量,从而保证加油口终端的压力和流量要求,同时加油系统的水击小,节能效果好。     

基于视觉的低空跟踪系统

构建了一个以无人飞行器为载体的基于视觉的低空跟踪系统。该系统由地面站和机载模块两部分组成,构建了机载自动跟踪与地面人工干预两个并联的控制回路;采用了基于灰度直方图的自适应容忍度多阈值分割算法,并在此基础上采用了基于双重子窗口的动态聚类目标提取方法;用目标的形心脱靶量作为云台的控制参数,根据目标的运动趋势对速度参数进行调整。系统通过用鼠标对监控视野中心的坐标替换目标的形心脱靶量实现机载自动跟踪和地面人工干预的平滑切换;保留不同照度下目标的灰度阈值,使得运动区域在阴影下也能被分割。经过2~3次的聚类迭代,较精确地计算出目标的形心位置,排除了干扰目标的影响,系统的处理速度达到15 frame/s。结果表明,上述算法和方法是可行的,系统具有较大的实用性。     

组合动力验证机助推段纵向控制器设计

针对飞行器的飞行特点和自身的气动结构,建立复杂的非线性数学模型,给出静稳定性和模态特性的分析.为解决高超声速飞行器在助推段因纵向静不稳度大而导致的常规控制律鲁棒性不足的问题,设计基于角速率指令内回路的纵向控制律,并从时域、频域、鲁棒性三方面进行分析,得出指令内回路适用于助推段纵向控制的结论.     

GNSS载波环中环路增益的自适应调节研究

传统的GNSS(global navigation satellite system)软件接收机中,载波环路的环路增益是固定的,无法兼顾信号变化时的快速锁定和信号跟踪时的稳定输出2种不同需求。提出了一种基于自适应增益控制方法的载波环路设计方案,建立了一套环路增益控制模型,并给出了相应的数学定义。通过仿真分析,该方案能够有效地提升载波环路的暂态响应特性。最后通过软件接收机平台的实际验证,证明该方法能够在信号频率误差较大时实现快速锁定,当信号跟踪上后又能够提高输出信号的稳定性,从而在接收机的动态性能和噪声性能之间实现了较好的平衡。     

Long-term stabilization of the optical fiber phase control using dual PID

We propose an approach of long-term stabilization of optical fiber phase by controlling a piezo-based phase modulator and a Peltier component attached to the fiber via a phase-locked loop( PLL) circuit w ith dual proportional-integral- derivative( PID) adjustment. With this approach,we can suppress the fast disturbance and slow drifting of optical fiber to satisfy the requirements of optical phase long-term locking. In theory,a mathematical model of an optical fiber phase control system is established. The disturbance term induced by environment influence is considered into the PLL model. The monotonous and continuous changing environment disturbance w ill cause a steady-state error in this theory model. The experimental results accords w ell w ith the theory. The steady-state performance,adjusting time,and overshoot can be improved by using the dual PID control. As a result,the long-term,highly stable and low noise fiber phase locking is realized experimentally.     

非惯性系下弹性欠驱动机器人动力学建模及应用

以旋量为基本运算单元,建立了非惯性系下弹性欠驱动机器人的动力学模型。首先以两个旋量的李括弧运算为基础,得到了惯性系下机器人的加速度映射关系。利用多刚体系统的速度、加速度旋量在不同坐标系之间的变换,推导出非惯性系下机器人在惯性系中的加速度映射关系。然后利用刚体的牛顿-欧拉公式,建立了非惯性系下机器人的动力学模型。推导的过程中始终以运动旋量、力旋量为基本的运算单元,简化了动力学建模过程。最后,以空中加油系统这种典型的非惯性系下的弹性欠驱动的应用为例,建立了其在非惯性系下的动力学模型,并用动力学仿真软件进行了验证,验证了理论分析的正确性和可行性。     

四旋翼飞行器的自适应鲁棒滑模控制器设计

针对四旋翼欠驱动系统的姿态控制问题,提出一种自适应鲁棒滑模控制方法。对四旋翼系统实现了双环控制,内环为姿态控制,外环为位置控制。根据牛顿-欧拉方程建立了四旋翼系统的动力学模型,针对系统中的外部扰动和参数摄动等不确定性因素,设计了基于Lyapunov稳定控制算法,内环使用自适应鲁棒滑模控制;外环使用鲁棒控制。仿真和实验表明所提控制策略对外界扰动和模型的不确定性具有较强的鲁棒性。     

树障清理空中机器人的姿态控制器设计

以一种用于对高压线路附近的树障进行清理的树障清理空中机器人为研究对象,分析其姿态控制问题。首先,建立了具有新型结构的树障清理空中机器人的姿态动力学模型和控制分配矩阵。然后,为了克服惯性矩阵的不确定性,采用滑模方法设计姿态控制器;同时,引入非线性函数来改进传统的边界层法以提高控制器性能;接着提出了一种切换控制分配矩阵的方法来解决空中机器人在切割作业过程中的动力学模型变化的问题。最后,在仿真平台上实现了上述控制器。实验结果表明,本滑模控制器具有良好的姿态控制性能,能有效克服机体惯量的不确定性;通过切换控制分配矩阵实现了空中机器人在切割作业过程中的姿态稳定。     

折臂式高空作业车轨迹跟踪与控制研究

针对折臂式高空车自动化控制程度较低的问题,以某型号18 m折臂式高空作业车为研究对象,应用机器人学理论,通过建立其运动学模型,实现了作业平台的轨迹跟踪控制,为最终实现折臂式高空车常用工况下的自动控制打下基础.为解决折臂式高空车臂架液压系统控制精度低,控制存在滞后问题,建立了臂架液压系统的数学模型,针对该模型设计自整定模糊PID控制系统,在MATLAB/Simulink环境下,对控制系统进行仿真验证,仿真结果表明,加入自整定模糊PID控制器后,臂架系统的响应速度增加,稳态误差消除,跟随能力加强.     

液压机器人作动器建模及关节转角跟踪控制

针对液压四足机器人作动器伺服精度较差问题,分别推导电液伺服作动器在摆动相、刚性支撑相和弹性支撑相的等效模型,分析各作动器模型特点,提出比例内环自适应幅相控制外环的复合控制策略,应用比例控制器保证位置内环的稳定性,采用自适应幅相控制器进行幅值和相位补偿。通过机器人单腿测试平台进行控制策略验证,实验结果表明:所提控制策略可使系统幅值衰减小于2%,相位滞后小于4°,验证了此方法的有效性。     

Iterated non-linear model predictive control based on tubes and contractive constraints

This paper presents a predictive control algorithm for non-linear systems based on successive linearizations of the non-linear dynamic around a given trajectory. A linear time varying model is obtained and the non-convex constrained optimization problem is transformed into a sequence of locally convex ones. The robustness of the proposed algorithm is addressed adding a convex contractive constraint. To account for linearization errors and to obtain more accurate results an inner iteration loop is added to the algorithm. A simple methodology to obtain an outer bounding-tube for state trajectories is also presented. The convergence of the iterative process and the stability of the closed-loop system are analyzed. The simulation results show the effectiveness of the proposed algorithm in controlling a quadcopter type unmanned aerial vehicle.     

飞机地面压力加油延迟时间的算法研究

从流体网络算法和时间微分思想出发,建立了一种用于计算飞机地面压力加油延迟时间的计算模型,模型很好地解决了飞机地面压力加油系统管路复杂,加油延迟时间计算困难的问题.针对某型飞机地面压力加油系统的具体要求,计算了在一定地面加油压力下,各组油箱的满油延迟时间.计算结果用于某型飞机地面压力加油系统的验证计算,效果良好.该计算模型对飞机地面压力加油系统的设计及性能分析具有指导意义.     

自动夹取型车床伺服进给系统控制方法

建立了伺服进给系统的控制模型,确定了伺服系统的控制策略,借助于控制工程分析软件建立伺服系统的仿真模型,整定了电流环、位置环以及速度环。通过对相关控制参数调节进行仿真,论证了该控制方法使机床具有较高的稳定性与快速响应特性,减少了系统的稳态误差。     

航空相机像旋补偿双向控制中的内环补偿器设计

为解决航空相机摆扫成像过程中存在的像旋问题,采用四通道双向控制系统对像旋进行补偿。在系统中,基于鲁棒内环补偿器结构进行了内环补偿器设计。首先利用H∞混合灵敏度优化方法求解鲁棒内环补偿器中的鲁棒控制器,再结合参考模型确定系统的滤波器,进而得到系统化设计的内环补偿器。保证系统鲁棒稳定性的同时尽可能提高干扰抑制性能,进而在两者间折衷提高双向控制像旋补偿精度。实验结果显示,本方法能够有效抑制等效干扰的影响,提高消旋补偿的精度。动态扫描下位置补偿误差的最大值和均方根分别为(1.81×10~(-3))°、(5.224 74×10~(-4))°,与传统设计相比,补偿误差分别减小了41.99%、41.73%,提高了四通道双向控制系统的像旋补偿精度。     

惯性稳定平台自适应前馈控制

结合反馈控制提出了一种自适应前馈控制方法来提高惯性稳定平台稳定控制的指令跟踪性能。应用子空间辨识算法,由输入输出数据辨识稳定平台动态模型的状态空间描述;采用频域回路成型方法设计反馈回路控制器,用于抑制外部扰动。应用递推最小二乘(RLS)自适应滤波器构建反馈控制回路逆模型,构造指令信号的全通特性,提高指令跟踪能力。针对不同的指令信号进行跟踪实验,验证了自适应前馈控制方法的有效性。实验结果表明:提出的自适应前馈方法对阶跃指令响应快,超调量可由反馈控制的30%降低至4.5%,对30 Hz正弦信号的响应幅值无衰减,相位滞后由反馈控制的90°降低至54°。得到的结果显著提高了系统的暂态性能,控制性能优于单独的反馈控制回路。     

Control-oriented modeling and adaptive backstepping control for a nonminimum phase hypersonic vehicle

In this paper, the nonminimum phase problem of a flexible hypersonic vehicle is investigated. The main challenge of nonminimum phase is the prevention of dynamic inversion methods to nonlinear control design. To solve this problem, we make research on the relationship between nonminimum phase and backstepping control, finding that a stable nonlinear controller can be obtained by changing the control loop on the basis of backstepping control. By extending the control loop to cover the internal dynamics in it, the internal states are directly controlled by the inputs and simultaneously serve as virtual control for the external states, making it possible to guarantee output tracking as well as internal stability. Then, based on the extended control loop, a simplified control-oriented model is developed to enable the applicability of adaptive backstepping method. It simplifies the design process and releases some limitations caused by direct use of the no simplified control-oriented model. Next, under proper assumptions, asymptotic stability is proved for constant commands, while bounded stability is proved for varying commands. The proposed method is compared with approximate backstepping control and dynamic surface control and is shown to have superior tracking accuracy as well as robustness from the simulation results. This paper may also provide a beneficial guidance for control design of other complex systems.     

基于PI迟滞模型的单压电变形镜开环控制

压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低,限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响,提出采用PI迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性,实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立PI迟滞数学模型,利用最小二乘法辨识PI迟滞模型的权值,计算出PI逆模型的权值和阈值,从而获得消除迟滞后的变形镜控制电压;接着搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台,采用单压电变形镜的环形致动器进行离焦面形的开环控制实验。实验结果表明,经过迟滞消除后变形镜的电压-变形迟滞由9.3%降低到1.2%,离焦面形的开环重构精度提高70%以上,证明该迟滞模型可有效应用于单压电变形镜的开环控制。     

无人倾转旋翼机直升机模式纵向位置控制律设计

针对无人倾转旋翼机直升机模式,进行机理建模并分析模态特性,提出3种位置控制律策略并进行对比分析,选择采用基于地速的高精度位置控制策略。结合物理概念从根轨迹和时域阶跃响应进行内外环参数的详细设计,并通过非线性仿真验证控制律的鲁棒性,完成纵向位置控制律设计。     

基于PID控制算法的自动调平系统的仿真研究

为了提高伸缩臂叉装车自动调平系统在工作中的调平精度和响应速度,提出了一种在伸缩臂叉装车的自动调平系统加入增量式比例-积分-微分(PID)控制算法的电液比例控制方法,并建立了电液自动调平系统的控制模型和Simulink仿真模型.利用Simulink的仿真结果分析和对比了加入PID控制算法与没有加入PID控制算法的阶跃响应和开环伯德图的特点,验证了在叉装车自动调平系统加入PID算法的可行性和产生的预期效果.     

基于等高地面控制点的航空摄像机参数估计

为满足炮射廉价航空CCD摄像机的对地定位需求,提出一种基于四个已知等高地面控制点的航空摄像机参数估计方法。该方法根据单张航空像片估计伞载空中摄像机焦距及摄像机在世界坐标系中的位置和姿态角等外参数,利用直接线性变换算法求取已知等高地面控制点与对应像点之间的单应矩阵,建立了单应矩阵与共线条件方程之间的关联关系,最后根据关联关系推导出计算航空摄像机焦距、纵横比、位置和姿态角等内外参数的数学模型。为考查该方法的有效性,分别运用室内模拟控制点和野外真实控制点进行了实验。实验结果表明:在给定四个等高地面控制点的三维坐标及对应像点的二维坐标的情况下,该方法计算焦距、纵横比、位置和姿态角等摄像机参数的相对误差约为2%,参数估计结果基本满足炮射摄像机对地成像定位需求。