基于最小二乘法的三轴气浮台质心位置测算方法

基于三轴气浮台的全物理仿真是航天器仿真的重要手段,为减小仿真过程中重力带来的干扰力矩,需要精确测量气浮台的质心位置,从而为气浮台调平衡装置提供必要信息.为此建立三轴气浮台动力学模型,采用最小二乘法对仿真气浮台运动姿态信息进行处理,测算出质心位置,并与周期反馈算法进行比较.实验结果显示基于最小二乘法的质心位置测算方法收敛...     

卫星控制系统全物理仿真

仿真是应用相似定理和类比关系来研究事物,也就是用模型代替实际系统进行实验和研究.在卫星控制系统仿真中,根据所介入的模型的不同,分为数学仿真和物理仿真两类.卫星控制系统全物理仿真是研制卫星过程中特有的一种仿真方法,它利用气浮台作为运动模拟器,又称气浮台仿真.该文主要叙述卫星控制系统全物理仿真的原理和用途,简要介绍单轴气浮台和三轴气浮台两个全物理仿真系统的组成、主要设备的技术指标以及卫星控制系统全物理仿真的几个实例.     

地球观测卫星轮控系统单通道全物理仿真试验

本文主要叙述地球观测卫星轮控系统单通道全物理仿真的内容、支及试验结果,并简要叙述大型单轴气浮台全物理仿真系统的组成。     

大型卫星三轴气浮台全物理仿真系统

系统仿真是从方案验证、产品性能检验到故障仿真等卫星研制全过程中的一个极其重要的手段。卫星控制系统全物理仿真是研制卫星特有的一种仿真方法,它利用气浮台来仿真卫星在外层空间的低摩擦运动。三轴气浮台是卫星全物理仿真的主要设备。本文在叙述卫星控制系统全物理仿真的功能和作用之后,简要介绍大型卫星三轴气浮台全物理仿真系统组成,主要技术指标以及几个关键技术问题,最后说明该仿真系统的主要用途。     

用单框架控制力矩陀螺的大型航天器姿态控制系统实物仿真研究

利用三轴气浮台模拟航天器空间力学环境,进行了单框架控制力矩陀螺(SGCMG)姿态控制/动量管理系统全实物仿真研究.推导了大型航天器姿态控制/动量管理系统数学模型.设计调试了实物仿真系统.研究了单框架控制力矩陀螺奇异回避问题、失效操纵问题和动量管理优化问题.证明了系统构形分析、奇异性分析和操纵律设计的正确性和有效性.通过大型航天器姿态控制/动量管理系统实物仿真,检验了设计方案的可行性和系统硬、软件的可靠性.     

基于气浮台的小卫星姿态控制全物理仿真实验系统

设计了一套用于小卫星姿态控制全物理仿真的新型实验系统;该系统基于滑台式气浮台,采用回转中心与质心重合方法解决了气浮台力矩平衡难题;设计了独立的供气和供电系统,对供气、供电、星载计算机、执行机构和敏感器等分系统进行了设计,满足卫星控制全物理仿真要求,采用CAN总线技术和串口技术实现了星上部件之间以及地面站对其遥测遥控的通讯,并以双边极限环控制法为例,进行了卫星姿态控制全物理仿真实验,结果证明了该系统仿真结果精确,在小卫星仿真测试中具有实用价值。     

多体卫星物理仿真动态调平衡干扰力矩分析

研究多体卫星的动力学,针对系统性能动态平衡问题,通常采用单轴气浮台进行仿真,但是单轴气浮台不能完全仿真卫星三自由度的平衡状态.为解决上述问题,三轴气浮台上实现带转动部件的多体卫星动力学仿真,研究了利用动态调平衡系统中质量块的移动,来实时补偿由于部件转动引起的质心变化而导致的重力不平衡力矩的方法.通过对气浮台系统动力学的研究,给出了动态调平衡执行机构质量块的移动规律.给出了由于引入动态调平衡装置而产生的额外干扰力矩的计算公式,通过数学仿真分析了干扰力矩对仿真系统的影响,为设计提供了科学依据.     

基于前馈补偿的卫星姿态复合控制及物理仿真

现代对地观测卫星往往带有大型活动式有效载荷，有效载荷的运动将对卫星的姿态指向精度和姿态稳定度产生严重影响。为此需要控制系统克服有效载荷运动干扰力矩的影响，满足卫星平台的姿态指向精度和稳定度要求。本文针对此类被控对象，研究了一种基于前馈力矩补偿的复合姿态控制策略。该控制策略针对有效载荷运动产生的干扰力矩实施前馈力矩实时补偿，残余力矩及其它因素的影响则由解耦PID控制律或自抗扰控制律等反馈措施加以克服。姿态信号基于陀螺和星敏感器组合定姿，通过高精度姿态确定算法获得。利用单轴气浮台物理仿真试验验证了方案的有效性。     

磁流体动力学惯性动量轮的建模与实验分析

为了获得磁流体动力学惯性动量轮直接的输入输出关系并进行实物应用,根据模型条件基于其工作原理建立了核心组件导电流体环的物理特性模型。按照一定的结构条件推导了电流驱动模式下输入电流和流体流速之间的传递函数,设计实施了原理样机和驱动电路。以气浮转台模拟卫星作为动量轮的负载实现了开环测试、结果验证了导电流体环物理特性模型的正确性,并通过实物测试实验反映出该动量轮的输出力矩和角动量具有较好的线性度,对推动磁流体动力学惯性动量轮的实用化发展具有重要意义。     

利用气动力矩卸载动量轮的策略

根据环境力矩的特点,针对轨道高度500km以下的一类卫星,提出一种全新的利用气动力矩卸载动量轮的策略,通过对卫星已有机构的功能复用在不增加执行机构的基础上实现卸载,极大地改善了磁力矩器卸载引入的电磁环境与姿态抖动问题.卸载策略既可以独立使用,也可以作为备份与其他卸载方案混合使用,具有重要的工程实践意义.仿真结果表明,卸载策略能够在不影响卫星整体功能的前提下实现动量轮的卸载.     

基于容器的轻量级工业控制系统网络安全测试床研究

针对现有工业控制系统(ICS)测试床部署成本高、网络拓扑简单固定、难以共享等问题,提出了一种基于容器的轻量级ICS网络安全测试床构建方法。该方法将田纳西—伊斯曼过程模型及其控制算法分别封装为两类Docker容器镜像,根据Web图形化界面绘制工业控制网络拓扑,自动配置容器接口并连接成仿真工控网络,最终实现具有真实的工业控制网络数据流的ICS网络安全测试床。实验结果表明,该方法仅需要较少的系统资源,就可快速实现给定网络拓扑的测试环境,支持多种网络攻击测试,相比于其他ICS测试床,具有更好的资源使用、加载速度和可移植性,有利于ICS网络安全的测试、研究和教学工作。     

五自由度无轴承异步电机[[alpha]]阶逆系统解耦控制

五自由度无轴承异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂控制对象，要实现电机转子稳定悬浮和运行，必须对电机转矩力和悬浮力进行动态解耦控制.本文应用多变量非线性[[alpha]]阶逆系统方法，对这个复杂控制系统进行动态解耦控制研究.首先介绍了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度无轴承异步电机径向力产生机理，并给出三自由度磁轴承轴向力、径向悬浮力方程和二自由度无轴承异步电机转矩力和径向悬浮力方程，建立了电机的状态方程，然后分析了基于阶逆系统理论解耦控制的可行性，应用状态反馈线性化方法，将原复杂系统解耦并线性化，最后采用线性系统理论进行了综合和仿真.仿真结果表明这种控制策略能够实现五自由度无轴承异步电机转矩力与悬浮力之间的动态解耦，系统具有良好的动、静态性能.     

五自由度无轴承异步电机α-阶逆系统解耦控制

A 5-degrees-of-freedom bearingless induction motor is a multi-variable, nonlinear and strong-coupled system. In order to achieve rotor suspension and operation steadily, it is necessary to realize dynamic decoupling control among torque and suspension forces. In the paper, a method based on α-th order inverse system theory is used to study dynamic decoupling control. Firstly, the working principles of a 3-degrses-of-frsedom magnetic bearing and a 2-degrees-of-freedom bearingiess induction motor are analyzed,the radial-axial force equations of 3-degrees-of-freedom magnetic bearing, the electromagnetic torque equation and radial force equations of the 2-degrees-of-freedom bearingless induction motor are given, and then the state equatious of the 5-degrees-of-freedom bearingless induction motor are set up. Secondly, the feasibility of decoupling control based on dynamic inverse theory is discussed in detail, and the state feedback linearization method is used to decouple and linearize the system. Finally, linear control system techniques are applied to these linearization subsystems to synthesize and simulate. The simulation results have shown that this kind of control strategy can realize dynamic decoupling control among torque and suspeusion forces of the 5-degrees-of-freedom bearingless induction motor, and that the control system has good dynamic and static performance.     

采用半实物仿真方法建立C3I系统仿真试验床

该文介绍了一种采用半实物仿真方法建立C^3I系统仿真试验床的思路,该方法可以将现实中复杂的C^3I系统在试验室里逼真地展出来,并且有时空一致的特点,为C^3I信息系统的研制,建设,管理和使用提供一个试验开始平台,使用该方法可以建立一个费用低,逼真度高的C^3I系统仿真试验床,该试验床能灵活组合模拟不同规模的C^3I系统综合仿真环境。     

弹翼尾翼加载控制系统研究

研究以数字信号处理器和以直接转矩控制输出的伺服驱动器为核心的导弹弹翼尾翼加载控制系统的系统结构、控制策略、工作原理及实现方法,详细分析加载系统中多余力矩的产生及抑制方法,解决电动加载系统关键性的两个难点,即快速性和多余力消除.实验结果表明,系统能真实地模拟弹翼及尾翼在飞行展开过程中的气流阻力,满足加载系统的快速性要求.     

舵机负载模拟系统前馈补偿控制研究

舵机负载模拟系统的主要任务是对舵机的力矩负载特性、最大承载能力等参数或特性进行检测,但由于这种系统通常是不稳定的发散系统,系统的不稳定特性直接影响舵机的性能检测精度.为克服此类问题对工程应用的不良影响,提出采用微分负反馈方法来解决负载模拟器的发散问题.同时,针对舵机运动速度分量引起的多余力问题,设计了舵机运动速度前馈补偿的控制算法.基于Matlab进行了控制系统仿真验证,对加入补偿算法前后系统对自然正弦指令信号的力矩响应幅值和相位差值进行了对比,分析了加入校正环节对系统误差的改善情况.仿真和实验结果表明,该方法在工程领域常见工况下具有较好的力矩跟踪性能,能够有效地测试舵机的承载性能.     

一种推力恒定的RCS控制系统指令分配方法

高超声速飞行器再入段初期，所处大气环境空气稀薄，空气舵已无法提供足够力矩来维持姿态稳定，因此就需要反作用控制系统（Reaction Control System,RCS）来提供姿态稳定力矩。针对给定的飞行器RCS八喷管配置方案，基于查表法和脉宽调制，提出了一种能够维持飞行器系统姿态稳定的静态指令分配方法。给出了高超声速飞行器六自由度状态方程，采用一阶滑模控制算法进行姿态稳定控制；基于查表法思想和冲量等效的脉宽调制原理，完成了无故障情况下八喷管指令分配组合表的设计，并根据工程实际对组合表进行容错优化；设计了能够对单推力器发生卡死故障具有容错性的指令分配优化组合表，并采用脉宽调制方法对控制指令进行调制从而获得推力器的开关指令。仿真验证了该指令分配方法能够维持系统姿态稳定，提高控制系统的控制效率，有效解决了八喷管配置以及单喷管卡死故障情况下的指令分配问题。     

模糊控制在低速大转矩转台中的仿真研究

转台在航空航天中应用广泛,对于它的控制性能有很高的要求,而低速大转矩转台的控制比一般的转台控制更难。因为传统PID控制效果不理想,所以尝试采用模糊控制方法。对低速大转矩转台的系统仿真建模、模糊控制器设计以及MATLAB系统仿真进行了研究,试验结果表明模糊控制及其仿真方法切实可行,对同类转台的控制有一定的参考价值。     

基于气动力矩和模型预测的LEO卫星角动量管理算法

为抑制气动力矩对近地轨道(LEO)卫星姿态控制系统的影响,改善卫星电磁环境,设计一种基于气动力矩和模型预测的LEO卫星角动量管理算法,利用气动力矩管理卫星角动量并通过磁力矩器辅助提高角动量管理效率和可靠性.利用所设计的角动量管理算法构建卫星姿态动力学的线性化模型和姿态控制律,预测角动量变化趋势;通过在卫星太阳阵常规运动上附加额外的小角度偏转,将LEO卫星主导摄动力矩的气动力矩转化为管理卫星角动量的控制力矩.仿真实验表明,与传统的角动量管理策略相比,所设计的角动量管理算法通过将气动力矩转化为角动量管理控制力矩,能够有效节省卫星角动量管理的消耗.此外,该算法在不增加物理机构的前提下可以作为卫星的备用角动量管理策略,能够显著增强卫星姿态系统的可靠性和鲁棒性.