面向光束指向调控的双快速反射镜偏转角快速解算方法

基于双快速反射镜的光束指向调控系统可补偿光束位置偏差及角度偏差,双反射镜引入的耦合效应致使难以快速求解合适的镜面绕轴偏转角。为解决该问题,文中构建了双快速反射镜光束指向调控模型,分析了偏转角与光斑位移在小角度下的近似线性关系,提出了偏转角的快速解算方法,可在单次求解后获得适用的镜面偏转角。该方法采用迭代收敛算法解算抑制随机光束指向失调的偏转角并形成数据集,基于该数据集训练浅层神经网络,可根据当前光斑位置偏差直接解算快速反射镜偏转角。仿真实验结果表明,依据该方法解算的偏转角进行调控,相较于未调控前光束状态,在X和Z方向的位置偏差分别减小99.32%、99.46%,角度偏差分别减小99.07%、98.98%,平均综合偏差减小99.16%,极大地抑制了光束指向失调。     

三相电压型PWM整流器的双闭环控制研究

传统三相PWM整流方式采用传统二极管或相控可控硅实现,但这种整流方式电压利用率低、损耗大,同时也会对电网引入大量谐波分量。因此建立三相电压型PWM整流器的数学模型,利用Park变换将静止坐标系转换为同步旋转坐标系,并对d、q轴分量进行电压前馈解耦,对解耦后的电压电流分量采用双闭环的控制策略。同时推导和分析了工程化典型Ⅱ型系统的电流内环PI参数设计,研究结果表明：采用典型Ⅱ型系统设计,直流侧输出电流的动态响应速度快、抗扰动能力强。然后利用仿真软件MATLAB进行原理性验证,比较不同类型系统设计的电流波形,验证了设计和分析的正确性。     

离轴双反射镜重新成像红外望远镜

美国专利US7390101 (2008年6月24日授权)本发明提供一种采用两块反射镜的红外望远镜,它是按一种离轴偏心光瞳重新成像结构制造的。为了提高传统的双反射镜望远镜的图像质量,主镜和次镜的反射     

OLCR系统中滤除衰减直流分量的BD结构设计

设计了由环形器、耦合器、衰减器和平衡探测器组成的平衡探测(BD)结构的OLCR系统,分析了衰减直流分量产生的原因以及耦合器相位特性在BD结构中的作用。对参考臂中光耦合效率与反射镜角度和位置关系进行了仿真,结果表明耦合效率主要受反射镜偏转角度影响。实验测试了非平衡和平衡结构下参考臂的输出光功率,对噪声的均方根值和信噪比进行了分析,同时还测试分析了两种结构下的干涉信号。实验结果表明,OLCR系统的BD结构在滤除衰减直流分量的同时还能抑制噪声信号和放大交流分量,结构简单有效。     

一种ITAE六旋翼无人机双闭环串联-前馈PID姿态控制算法

针对传统比例积分微分(PID)控制算法在多旋翼姿态控制时因闭环零点所导致的系统超调量增加、反应速度降低的问题,以六旋翼无人机为研究平台,提出一种时间加权绝对误差值积分(ITAE)指标双闭环串联-前馈PID姿态控制算法。结果表明,在该算法下系统的超调量σ可控制在2%以下,调节时间ts控制在0.5 s以内,可实现对六旋翼无人机高度、偏航角、仰俯角和滚转角的控制,可保证无人机系统的稳定性且使稳态误差接近于0。该算法有效解决了传统PID控制算法在进行姿态控制时存在的超调量大、调节时间长的问题,同时也解决了前馈滤波PID算法控制时出现的超调量降低、调节时间增加的问题,说明算法对六旋翼无人机具有较好的控制效果。     

双平行平面反射镜在激光二极管阵列光束整形中的应用

为了实现激光二极管阵列(LDA)的高亮度光纤耦合输出,设计了一套简单有效的光束整形系统.首先采用快慢轴准直透镜压缩LDA的发散角,然后采用双平行平面反射镜光束整形装置,将压缩后的LDA慢轴方向的光束分为4束(也可以根据需要分为任意多束),并将4束子光束在快轴方向重新排列,最后通过聚焦系统,将整形后的光束耦合进入芯径600 μm,数值孔径0.37的光纤.实验测得双平行平面反射镜整形装置的效率为98.87%,系统的整体效率为77.2%.该整形系统设计简单,效牢高,具有很高的应用价值.     

基于垂直轴双馈风力发电系统的仿真研究

以垂直轴风轮（VAWT）和双馈感应发电机（DFIG）为研究对象,建立了包括风力机模型、传动系统模型和双馈电机模型的垂直轴双馈风力发电系统的数学模型及结构,采用双馈电机定子磁链定向前馈解耦控制,使得电机的有功分量和无功分量可以分别得到控制。运用Matlab/Simulink建立了系统仿真模型,对定子磁链定向前馈解耦控制策...     

基于模式投影抑制的无波前传感器双变形镜自适应光学系统解耦控制

为实现无波前传感器自适应光学系统中双变形镜的解耦控制,本文提出了一种基于模式投影抑制的双变形镜解耦控制方法,其中：低空间分辨率大行程变形镜使用模式法进行控制,用于低阶像差校正;高空间分辨率变形镜用于校正高阶像差。同时,通过投影抑制法消除高空间分辨率变形镜中的低阶校正分量,进而实现两个变形镜的高效协同工作。理论分析与仿真结果表明,相比传统的无波前传感器自适应光学系统的解耦算法,本文所提解耦控制方法在稳定性、解耦计算的运算量上均有更优异表现,并可实现良好的耦合误差抑制与像差校正效果。所提算法的有效性得到了原理性实验的验证。     

快速反射镜自适应反演PID复合控制系统设计

为了提高复合轴系统的光束跟踪性能,必须考虑不可测扰动对快速反射镜系统的影响。针对可测量扰动,设计了自适应反演前馈控制算法,并由此得到启发,设计了用于抑制不可测量扰动的自适应反演PID(proportional-integral-derivative)控制系统,用自适应算法提高系统稳态精度以及对不同扰动的适应性,用PID控制器修正系统的误差信号改善系统动态性能。仿真结果表明,相较于PID控制算法,自适应反演PID复合控制系统的误差均方差值下降了34.76%,相较于自适应控制算法,自适应反演PID控制系统的误差均方差值下降了13.3%,自适应反演PID复合控制系统的稳态精度相比经典PID控制和自适应反演控制系统均得到了明显的提升,采用复合算法时上升时间相较自适应算法减少了48.9%,超调量相较经典PID算法减少了80.5%,系统动态性能得到较大改善。     

FBC160型落地式铣镗加工中心Y轴双驱设计

本文论述了FBC160型落地式铣镗加工中心Y轴双驱结构设计,简要介绍了驱动系统的总体结构,并通过对不同工况的分析详细介绍了Y轴双驱结构设计,为以后落地式铣镗加工中心Y轴双驱设计提供了理论依据。     

柔性支撑快速反射镜伺服机构的参数辨识

首先提出了基于柔性支撑的双轴快速反射镜存在的问题;简要介绍了一种基于柔性支撑的双轴快速反射镜系统伺服机构的结构形式,给出了伺服机构的脉冲传递函数;讨论了基于相关-辅助变量递推最小二乘法的多输入多输出系统参数辨识原理与辨识方法,在此基础上提出了基于柔性支撑的双轴快速反射镜系统伺服机构的参数辨识算法,并对该方法进行了数值仿真;设计伺服机构参数辨识实验验证算法的可行性,并将实验结果与仿真结果进行对比。结果表明基于相关-辅助变量递推最小二乘法的多输入多输出系统参数辨识算法有效,辨识精度在预期的范围内,可以为快速反射镜系统的自适应控制提供数据支撑。     

大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制

为了提高空间天文望远镜精密稳像系统中大口径压电快摆镜机构（Fast Steering Mirror,FSM）的控制精度,采用迟滞前馈补偿和最优PID控制算法相结合的复合控制策略。针对基于广义Play算子的Prandtl-Ishlinskii（PI）模型可逆性受约束条件限制以及求逆过程中模型参数估计误差累加的问题,提出了一种基于广义Stop算子的PI逆模型进行压电执行器（Piezoelectric Actuator,PZT）迟滞补偿。针对逆迟滞模型的不确定性和直接前馈控制抗干扰能力差的问题,在控制系统中加入最优PID闭环控制器。采用自适应差分进化算法（Adaptive Differential Evolution,ADE）对迟滞逆模型参数和PID控制器参数进行寻优并引入混沌搜索机制来提高ADE算法的性能。实验结果表明:与传统PI模型解析求逆方法相比,基于广义Stop算子的PI逆模型能够更好描述逆迟滞曲线,拟合频率为1 Hz的迟滞曲线,拟合精度提高78.04%;实时跟踪频率分别为1、10、20 Hz的大口径快摆机构目标摆动位移,复合控制策略的跟踪精度相比于直接前馈控制分别提高了38.56%,22.92%和13.5%。     

基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10^-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。     

基于自适应卡尔曼算法的单探测器解耦控制技术研究

为了提高激光通信跟瞄系统的跟踪性能,增强系统的抗扰动能力,提出基于卡尔曼滤波的单探测器复合轴控制方法。首先,对单探测器复合轴系统原理进行分析,通过误差传递函数验证了解耦算法的可行性;其次,为了改善脱靶量迟滞的影响,同时降低探测器实时处理的要求,提出一种自适应卡尔曼滤波算法;最后,根据探测器坐标系与快速反射镜坐标系之间的旋转变换关系,计算出粗精系统的解耦矩阵,并搭建一套桌面实验系统进行原理验证。实验结果表明:单探测器复合轴在0.1 Hz低频扰动条件下,精跟踪系统的相对位移不会超出反射镜偏转角度的临界值,跟踪误差由2.54 μrad下降到0.86 μrad。解耦控制能够提高系统跟踪精度并增强抗扰动能力。对于以后工程中的实际应用具有一定的指导意义。     

基于分段PID实现永磁同步电机快速启停控制技术的研究

扫描镜常用于获取空间光电信息,应用中对其快速启停和指向精度有较高的要求。针对永磁同步电机驱动扫描镜的运动方式,建立了电机Simulink仿真模型,并采用了三闭环矢量控制策略,提出了采用分段式比例积分微分(Proportion Integration Differentiation, PID)算法进行位置环控制的方法。结果表明,相较于传统的PID,分段式PID提高了系统的响应速度,同时控制精度和稳定性也有一定提升。     

基于电机温度时滞耦合系统的自抗扰控制研究

电机过热时会造成绕组绝缘降低,严重时会烧坏电机。由于电机温度存在较大的时滞性和耦合性,无法用准确的数学控制模型进行描述。传统的双通道PID控制算法降低了对电机温度的控制精度,导致电机过热。提出一种基于自抗扰控制算法（ADRC）的电机温度控制方法,以双通道PID控制方法为基础进行了改进,对内外扰动进行综合处理,对扩张状态观测器进行估计,并在反馈中引入非线性特性。利用Matlab平台模拟实验环境和实际电机,与传统的PID控制算法进行了仿真实验对比。结果表明,自抗扰控制算法能够有效的对电机温度进行解耦控制,实现了对电机温度的精确控制。     

基于扩张状态观测器的快速反射镜控制研究

为了提高快速反射镜的动态性能并降低跟踪误差,提出了利用扩张状态观测器引入反馈和灰色PID模型控制相结合的方法,该方法基于音圈电机驱动的快速反射模型,采用离散跟踪微分器对输入信号进行过渡和滤波以及对子系统零点配置,并以扩张状态观测器引入反馈和灰色PID控制,对系统的不确定因素进行了估计和补偿,并同不完全微分PID和基于跟踪微分器的零点配置方法进行了性能比较。采用随机正弦信号进行跟踪仿真,仿真结果表明,采用文中算法的跟踪效果明显优于其他算法,且跟踪误差更小,被控对象的动态性能更优,尤其在系统的模型参数发生变化时。该方法具有良好的工程应用价值。     

空间相机快速反射镜的两轴柔性支撑结构设计

快速反射镜是空间相机中常用的像移补偿装置,而支撑结构的机械特性将直接影响快速反射镜系统的响应速度及闭环带宽。以某近地轨道空间相机中的音圈电机驱动型快速反射镜为研究对象,设计了基于十字型柔性铰链的两轴柔性支撑结构,该结构具有空间利用率高、中心漂移小等优点。根据悬臂梁的挠曲线近似微分方程,建立了柔性支撑结构两轴转动刚度的数学模型,针对快速反射镜机构的谐振频率要求,选择了柔性铰链的主要结构参数,并利用有限元软件MSC.Patran对机构进行了模态分析,分析结果表明,快速反射镜机构在两个工作方向上的谐振频率分别为18.6 Hz和18.7 Hz,而其他非工作方向上的谐振频率均在292.2 Hz以上,证明了柔性铰链结构参数的选择具有合理性。为了检验理论模型的准确性,加工了快速反射镜的样机并搭建实验平台,对机构的转动刚度和谐振频率进行了检测,检测结果与理论分析得到的结果在允许的误差范围内具有一致性。     

基于快速反射镜的模糊自适应PID控制算法研究

针对机载平台在振动、扰动和快速机动条件下光电系统高精度稳定指向的需求,开展宽频带视轴稳定技术的相关研究,并针对该稳定系统的核心—快速反射镜,提出一种改进型的模糊自适应PID控制算法。该算法在经典PID控制算法基础上,引入模糊设计思想和参数自整定方法,解决了复杂工作环境下控制系统数学模型不易获取、控制参数时变等因素对稳定系统的影响,为保证远距离机载光电载荷的高精度目标定位及目标瞄准提供技术支撑。仿真结果表明,该控制算法相比经典PID控制具有响应速度快、稳态性能好、抗干扰能力强等优点,具有良好的控制效果。     

机载激光武器高精度跟踪控制技术研究

机载激光武器系统是一种定向能武器系统,对跟踪精度要求较高,传统PID控制无法满足其高精度跟踪需求。建立了预瞄模型、探测器模型、快速反射镜模型、时滞模型等数学模型,搭建完整的仿真系统,并创新性地采用自抗扰控制算法和复合轴控制结构相结合的控制方式,以提高控制精度。通过功能验证试验验证文中搭建的仿真系统,加入实际采集的某运输机扰动,其跟踪精度为5.16 μrad,相较于传统PID控制,跟踪精度提高25倍。同时给出一种虚拟战场场景,经文中搭建的仿真模型验证,其俯仰轴和偏航轴的跟踪精度均小于10 μrad。