火星探测器转移轨道的自主导航方法

本文针对转移轨道火星探测器对自主导航的迫切需求,提出了一种基于小行星和X射线脉冲星交互观测的自主导航方法,并结合工程任务对上述量测信息的获取方式和获取条件进行了研究,仿真结果表明,与单独基于小行星或单独基于X射线脉冲星观测的自主导航系统相比,该方法不仅可获得更高的导航精度,为转移轨道中途修正提供准确的轨道信息,且工程实现简单,是一种可行的转移轨道火星探测器自主导航方案,可为我国火星探测器自主导航系统的设计提供参考.     

原子磁强计检测光闭环稳定系统设计

SERF态原子磁强计已实现人类历史上最高的0.16fT/Hz1/2的灵敏度。其检测方法主要是法拉第调制法。但法拉第调制法中光电流摄动或环境温度变化等干扰导致的检测光强的起伏会造成检测结果的不准确。为抑制检测光强起伏,设计了闭环原子磁强计检测光稳定系统。在法拉第调制法的基础上,增加了光路子系统和控制子系统对检测光强进行闭环稳定控制。通过对随机干扰进行闭环控制仿真与实验,验证本系统可以有效抑制各种干扰引起的光强起伏,使系统抗干扰能力提高1.2%,从而提高原子磁强计的检测精度。     

Structure design and fabrication of a novel dual-mass resonant output micromechanical gyroscope

A novel dual-mass resonant output micromechanical gyroscope is proposed which utilizes resonant sensing as the basis for Coriolis force detection instead of displacement sensing. It can overcome the shortcoming of single-mass resonant output micromechanical gyroscope and can reduce the common mode acceleration error by using a dual-mass topology structure and lever differential mechanism. The structure and operating principle of the device are introduced. Moreover, some important theoretical analyses of the gyroscope are provided in detail. The analytical results have shown that the resonant frequencies of vibrating mass and double-ended tuning fork resonators are 3.153 and 62.853 kHz. The device has a frequency sensitivity of 12.535 Hz/deg/s and a mechanical noise floor of $ 7.957\deg /{\text{h}}/\sqrt {{\text{Hz}}} A novel dual-mass resonant output micromechanical gyroscope is proposed which utilizes resonant sensing as the basis for Coriolis force detection instead of displacement sensing. It can overcome the shortcoming of single-mass resonant output micromechanical gyroscope and can reduce the common mode acceleration error by using a dual-mass topology structure and lever differential mechanism. The structure and operating principle of the device are introduced. Moreover, some important theoretical analyses of the gyroscope are provided in detail. The analytical results have shown that the resonant frequencies of vibrating mass and double-ended tuning fork resonators are 3.153 and 62.853 kHz. The device has a frequency sensitivity of 12.535 Hz/deg/s and a mechanical noise floor of 7.957deg/\texth/?{\textHz} 7.957\deg /{\text{h}}/\sqrt {{\text{Hz}}} in air. The finite element simulation results verify the accuracy of analytical algorithms. The common mode acceleration error of device can be reduced by 97.6%. The device is fabricated by SOG (Silicon on Glass) micro fabrication technology. Some important performances are measured by experimental method. The micromechanical gyroscope can be used to estimate the rotation rate by further implementing the signal processing electronics.     

一种小型无人旋翼机高度信息融合方法

针对小型无人旋翼机在起降过程中由于地效、外扰作用造成的高度传感器量测信息不精确的问题,提出一种基于单目视觉信号的高度获取方法,利用改进的大津法及仿射不变矩的方法提高目标识别的准确性;并针对视觉图像受噪声干扰、气压传感器存在误差积累、GPS测量精度不精确以及超声量程有局限性的问题,提出一种基于残差信息的自适应卡尔曼滤波,将视觉信息、气压高度计、GPS和超声高度信息进行融合,以提高全量程的高度估计的精度.最后通过静态测试实验、自主悬停以及自主降落实验验证本方法的有效性.     

基于VxWorks的MUAV飞行控制系统设计

针对微小型无人机（MUAV）功能要求复杂,迫切需要提高可靠性与实时性等现状,以嵌入式实时操作系统VxWorks为平台,完成了MUAV飞行控制软件系统的开发,实现了多传感器数据采集、捷联解算、卡尔曼滤波、飞行控制、地面通信、故障处理等多项功能。给出了基于Vxworks的MUAV飞行控制软件系统中多任务划分、优先级分配的方法,对各模块进行了详细设计,并利用多任务机制对单任务飞控软件存在的不足之处作出了改进。外场试验与对比试验证明：嵌入式实时操作系统的引入显著提高了MUAV飞行控制系统的实时性与可靠性。     

带通滤波器法电压积分型定子磁链观测器

针对定子磁链观测的低通滤波器法电压积分模型受电压电流零漂,积分初值和定子电阻误差的影响,使得观测结果存在直流偏置的问题,提出了能消除直流偏置的带通滤波器法电压积分模型。针对电压积分型定子磁链观测器基本模型进行了误差分析,建立了带通滤波器法定子磁链观测器模型,分析了带通滤波器法定子磁链观测器能够消除直流偏置的原理,并给出了幅值和相位的误差补偿方法。对带通滤波器法定子磁链观测器进行仿真和实验表明:带通滤波器法定子磁链观测器解决了低通滤波器法中的直流偏置问题,消除了观测结果的直流偏置,对观测结果进行幅值和相位误差补偿后,观测的定子磁链与参考磁链波形一致。     

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的高精度位置控制

在受到陀螺效应、动框架效应等影响后产生的磁力非线性问题是磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)高速转子位置精度下降的主要因素。为解决以上问题,提高转子位置精度,本文分析了转子所受磁力的特性,建立了转子系统非线性动力学模型,提出了神经网络滑模控制方法。设计滑模控制律,采用径向基函数神经网络逼近控制律中的非线性模型,自适应算法根据误差在线调整神经网络的权值,同时可以保证整个系统的稳定性。仿真和实验结果表明,所提出方法的转子位置精度达到99%,稳态误差为0.000 2 mm。神经网络滑模控制可以实现MSCMG转子系统的高精度位置控制。     

磁悬浮分子泵用Hartley涡流传感器

工业领域的磁悬浮分子泵用位移传感器除了要具有良好的静态特性外,还应具有高动态响应特性,同时其体积大小还影响着磁悬浮分子泵的抽速、真空度和压缩比。针对高真空磁悬浮分子泵,提出了一种基于Hartley原理的电涡流位移传感器设计方法,将传感器对称探头接入同一振荡电路作为工作电感。对传感器的动态特性进行了分析,并提出了对其动态响应特性在不影响灵敏度和线性度等静态性能的情况下进行补偿的方法。实验结果表明,在-0.4~0.4mm内,传感器的线性度为±1.17%,灵敏度为9.901mV/μm,分辨率为0.25%,动态响应带宽达到了10.2kHz,两径向四路位移信号测量集成电路板体积仅为π×4~2 cm~2,大大减小了传感器体积,满足了磁悬浮分子泵面向更高抽速和更高真空度的发展需求。     

磁悬浮高速转子基于位移刚度力超前前馈补偿的高精度自动平衡方法

磁悬浮转子高速旋转时产生与转速同频的不平衡振动,向外界传递振动力,干扰外部动力学环境。为消除同频不平衡振动力(即自动平衡),可采用消除同频电流与补偿位移刚度力相结合的轴承力消除方法,但磁轴承功放环节的低通特性使位移刚度力补偿存在误差,并降低系统稳定性,且上述影响随转速升高而显著增大。为增强自动平衡效果,提出一种基于位移刚度力超前前馈补偿的高精度自动平衡方法,在消除同频电流的同时,采用不平衡量—电流前馈以补偿同频位移刚度力,并引入功放的简化逆模型对前馈量进行超前校正,消除功放低通特性的影响。对该方法进行仿真和试验验证,仿真结果同频轴承力减小到无超前校正时的20%,试验结果同频振动加速度减小到无超前校正时的28%,验证了该方法的有效性。     

谐波减速器的非线性摩擦建模及补偿

针对带有谐波减速器的双框架控制力矩陀螺框架伺服系统中的非线性摩擦问题,提出了非线性摩擦建模及补偿方法.首先,根据框架伺服系统数学模型导出摩擦力矩与角加速度和电机电流的关系;然后,通过光电码盘测得的角位置计算角速率并设计估计器来估计电机端和负载端的角加速度,利用采样电流和估计的角加速度计算摩擦力矩,建立库伦+粘滞+Str...