红外成像半捷联导引头光轴稳定方法研究

红外成像半捷联导引头去掉了稳定平台上的速率陀螺,满足了减小体积和降低成本的要求,但失去了直接测量平台惯性角速度的能力;为实现半捷联平台稳定,文章采用了角速度补偿法,使用惯导测量的弹体角速度与框架角速度合成得到光轴的惯性视线角速度,为减小伺服系统中非线性因素和模型不确定性带来的干扰影响,文章采用自抗扰控制技术设计了稳定回路的控制器;最后在设定的仿真条件下进行仿真,半捷联导引头稳定回路的隔离度始终小于4%,证明文章提出的光轴稳定方法可以较好地隔离弹体的姿态扰动。     

基于捷联导引头的制导信息解耦及滤波方法

近年来,随着现代化战争对导弹低成本、小体积要求的不断提高,捷联导引头制导体制逐渐成为了发展趋势。但是,与传统的平台导引头相比,捷联导引头的测量系统固连于弹体上,且在导弹飞行过程中,由于弹体运动的耦合效应,无法获取导弹在惯性空间下的视线角速度信息。本文研究了一种应用于捷联导引头平台的导弹制导信息解耦及滤波方法,解算出能够用于导弹比例导引的有效制导信息,并结合工程实际进行了数字仿真分析和中靶精度统计。仿真结果表明,该方法能够准确隔离弹体姿态对制导信息的影响,并能精确命中目标,为捷联导引头体制工程化应用提供了有效参考。     

捷联导引头目标视线角速率重构方法研究

捷联导引头测量信息中耦合有弹体姿态信息不能直接被比例导引所用.实现了从捷联导引头和弹体角速率信息中重构出目标视线角速率,并运用四阶龙格库塔法建立离散模型,避免迭代发散.捷联导引头大的瞬时视场带来大的背景噪声,任何用于重构系统的测量信息噪声都会反映到重构出的目标视线角速率中去.针对系统模型参数噪声与状态噪声并存的问题,从模型中分离开参数和状态,设计了Joint UKF和Dual UKF提取目标视线信息,简化了系统噪声模型,降低滤波器对噪声标定不准确的敏感性.通过弹目拦截仿真验证了目标视线角速率重构方法的正确性,验证了采用离散方法的合理性,验证了设计的滤波器能有效提取目标视线角速率.     

一种新的激光制导系统噪声处理方法

为了提高激光导引头测角的精度与截获目标的命中率;针对噪声对激光制导系统的影响,在激光制导的原理上,采用了一种新的基于软件来处理噪声的DSP实时控制系统;首先,在控制电路上进行高低档实时测噪、动态控制门限;其次,基于MATLAB平台对其进行仿真计算得到噪声倍数表;最后,在DSP控制软件上通过查表的方式实现实时去噪的算法;结果表明,该方法大幅度提高了信噪比,从而提高了末制导系统航向与俯仰测角精度,最终提高了导弹目标命中率;通过实验室数据仿真和外场模拟试验,从未加去噪声处理和添加处理两方面进行对比仿真以及对结果的分析,验证了该方法的有效性、合理性以及可行性。     

直流力矩电机控制的动力陀螺稳定平台

在某对地攻击激光导引头中,采用了动力陀螺稳定平台;针对动力陀螺稳定平台对摩擦和噪声敏感的特点,使用了低摩擦力矩的直流力矩电机以及线性模拟驱动方式。考虑到力矩电机电磁参数、摩擦、导线干扰等不确定因素,对稳定平台设计了H∞鲁棒反馈控制器,并进行仿真分析和试验验证。结果表明,该稳定平台稳定性高,有较强的抗干扰能力,具有一定的有效性和优越性。     

小型无人直升机模型辨识数据处理方法研究

针对小型无人直升机模型频域辨识过程中的姿态角速率测量误差,提出了一种飞行数据处理方法。该方法采用飞行试验扫频测试技术,确保激励信号能够满足不同频段下模型辨识对飞行数据的需求;设计基于有色噪声的卡尔曼滤波器以降低紊流风场对飞行测量数据的影响,同时,对飞行测量数据使用数据预处理的方法以剔除测量噪声、野值、直流成分和低频分量。在小型无人直升机系统各通道中进行验证,验证结果表明,所提出的飞行数据处理方法能够满足小型无人直升机模型辨识对姿态角速率数据精度的要求,为精确建模提供了较高质量的飞行数据。     

角闪烁噪声测量条件下的剩余飞行时间估计

针对雷达导引头角闪烁噪声测量条件下的机动目标,研究剩余飞行时间计算方法;建立了闪烁噪声计算模型;在粒子滤波算法和扩展卡尔曼滤波算法的基础上,推导了扩展卡尔曼粒子滤波算法的实现过程;根据估计结果建立了剩余飞行时间计算模型,在剩余飞行时间表达式中考虑了目标机动加速度的影响;仿真结果表明,基于机动目标当前统计模型的扩展卡尔曼粒子滤波算法对闪烁噪声测量条件下的机动目标具有良好的跟踪性能,对剩余飞行时间具有较高的估计精度。     

半主动导引头倒置接收机建模仿真研究

数字仿真技术已广泛应用在制导控制系统的设计中。目前导引头接收机的输出雷达误差信号只用比例系数K来代替,但是在低信噪比、超低空和群目标条件下,导引头雷达误差测量受到干扰,比例系数K无法反映实际情况,影响了结果的置信度,也限制了数字仿真的应用。本文旨在完善导引头接收机的数学模型,使之能够真实地模拟实际情况。本文以Matlab中的Simulink为仿真平台,建立了导引头接收机的数学模型,主要包括：一二中混频、三通道合一、AGC归一化比幅单脉冲测角以及AFC回路等模块。接收机最终输出为控制导弹所需的雷达误差（即视线角速率）和弹目多普勒频率。最后进行数字仿真,仿真结果与飞行试验结果一致,验证了所提导引头接收机数学模型的可靠性。     

石英挠性加速度计数字闭环检测电路噪声研究

为解决目前数字闭环石英挠性加速度计(Digital Closed-Loop quartz flex Accelerometer,DCLA)实测精度与其理论极限精度存在一个数量级的问题,进行DCLA闭环检测电路噪声分析。建立闭环系统误差模型,采用噪声逐级检测的方法,搭建基于噪声分离的开环噪声测试平台,确定差动电容检测环节(C/V)是影响系统精度的主要因素。在此基础上,对改进后的试验样机开展零偏稳定性测试,并对试验结果进行Allan方差分析。实验结果表明,改进后的DCLA系统精度由65.49μg提高到12.24μg,与理论精度基本一致,充分验证了理论分析方法的正确性,为进一步改善和优化数字闭环加速度计系统提供指导和依据。     

基于梯度型最小二乘滤波的船摇隔离度测试研究

针对传统船摇隔离度测试方法效率低、误差大、操作复杂、且不能有效解决扰动跳变的不足,对船摇隔离的基本原理进行了分析,建立了梯度型最小二乘滤波模型,提出了基于梯度型最小二乘滤波算法对测量数据进行滤波处理,利用VC++编程实现对船摇隔离度的自动化测试,并在船舶生摇的条件下进行船摇隔离度的测试分析;对比传统方法测试结果表明,该方法能有效滤除测量数据中的随机误差,较大程度地降低了扰动跳变的抖动量,提高了伺服系统船摇隔离度的测试精度。     

基于抗扰增强型广义预测控制的永磁同步电机伺服系统

为了提高永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统的响应速度及控制精度,提出一种连续时间域下基于抗扰增强型广义预测控制方法.首先,通过构造高阶扩张状态观测器(high-order extended state observer,HOESO)对模型参数摄动及外部不确定性负载扰动进行估计,同时将干扰以及转子角速度的估计信息引入至位置轨迹输出预测序列中,实现对预测模型偏差的修正.进一步,通过求解位置跟随误差性能指标的优化问题,得到最优控制序列的显示解析解,并从理论上给出控制参数的选择规则.最终,利用Lyapunov理论对闭环系统进行严格的稳定性分析,并在快速控制原型(rapid control prototype,RCP)对拖实验平台上进行所提控制算法的性能验证.实验结果表明,与串级PI控制和传统广义预测控制相比,所提方法提高了伺服系统的位置跟踪精度和抗干扰性能.     

Balance Control of a Biped Robot on a Rotating Platform Based on Efficient Reinforcement Learning

In this work, we combined the model based reinforcement learning (MBRL) and model free reinforcement learning (MFRL) to stabilize a biped robot (NAO robot) on a rotating platform, where the angular velocity of the platform is unknown for the proposed learning algorithm and treated as the external disturbance. Nonparametric Gaussian processes normally require a large number of training data points to deal with the discontinuity of the estimated model. Although some improved method such as probabilistic inference for learning control (PILCO) does not require an explicit global model as the actions are obtained by directly searching the policy space, the overfitting and lack of model complexity may still result in a large deviation between the prediction and the real system. Besides, none of these approaches consider the data error and measurement noise during the training process and test process, respectively. We propose a hierarchical Gaussian processes (GP) models, containing two layers of independent GPs, where the physically continuous probability transition model of the robot is obtained. Due to the physically continuous estimation, the algorithm overcomes the overfitting problem with a guaranteed model complexity, and the number of training data is also reduced. The policy for any given initial state is generated automatically by minimizing the expected cost according to the predefined cost function and the obtained probability distribution of the state. Furthermore, a novel Q(λ) based MFRL method scheme is employed to improve the policy. Simulation results show that the proposed RL algorithm is able to balance NAO robot on a rotating platform, and it is capable of adapting to the platform with varying angular velocity.      

航天器姿态输出反馈抗干扰跟踪控制

针对采用四元数描述的航天器姿态运动模型研究输出反馈抗干扰跟踪控制问题.首先在姿态运动模型的基础上,结合四元数的性质设计扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来估计角速度和干扰力矩,从理论上保证了ESO中的四元数状态满足范数约束,并证明了观测误差的收敛性;进一步利用互连和阻尼分配无源控制(interconnection and damping assignment passivity-based control,IDA--PBC)理论设计控制律,通过姿态和角速度误差状态变换以及引入误差积分项,使得期望的姿态和角速度误差,以及积分项误差运动方程中均出现阻尼项,提高了系统的抗干扰性能,最后利用Laypunov函数证明了闭环系统一致最终有界稳定.仿真结果验证了所设计ESO和IDA--PBC控制律的有效性.     

显式抑制测量误差的改进滑模控制

反馈控制系统中模型不确定性和测量误差的同时出现, 给高精度控制器的设计带来挑战. 经典滑模控制能抵抗一定程度的模型不确定性和输入干扰, 但引入的高增益使得其性能对测量噪声极为敏感, 也容易引起系统强烈抖振. 为此, 本文针对一种典型的角度和角速率测量分别包含高频和低频测量误差条件, 提出了一种改进的基于趋近律的角度跟踪控制方案. 本方案采用低通滤波器来应对高频测量噪声, 同时采用一种新颖的基于模型的测量误差估计器, 来补偿低频测量漂移. 采用Quanser Aero平台进行两自由度角轨迹跟踪控制仿真和实验验证, 并与自抗扰控制等几种典型鲁棒控制方案进行了全面对比, 证实了本文方案性能上的优越性和调参的便捷性.     

车载惯性平台随动系统的自抗扰控制

针对车载惯性随动平台的扰动特性,提出了随动伺服回路的自抗扰控制算法。该方法不需要精确的系统数学模型,具有强鲁棒性、快速性、高精度、方法简单等特点。仿真和实验结果表明,该方法调转时间短,抗干扰能力强,是一种应用在实际平台系统中的理想的控制器。     

基于自抗扰的工业流水线带式输送机稳速控制

为了提高工业流水线速度的稳定性,基于自抗扰技术设计了带式输送机电机的稳速控制方案。输送机的传送带以永磁无刷直流电动机（BLDCM）带动。由于动力装置是一个多变量、强耦合的系统且传送带负载的变化具有快速性和多样性,通过自抗扰技术控制电机的转速,可以使系统具有较强的适应性和鲁棒性。为了便于研究,建立了无刷直流电动机的数学模型,将整个带式输送机系统的外部扰动和系统模型自身的不确定因素归结到要估计补偿的总和扰动项中,根据被控系统的阶数,设计电动机的自抗扰控制器（ADRC）,通过Matlab/Simulink仿真平台验证了控制器的有效性。     

基于功能性电刺激的腕部震颤抑制系统线性自抗扰控制

功能性电刺激是实现病理性腕部震颤抑制的重要手段.但是,由于腕部肌骨系统生理特性复杂,难以对其准确建模,限制了震颤抑制控制的效果.针对上述问题,首先,建立腕部肌骨系统的Hammerstein模型,给出参数辨识方法;然后,针对肌肉非线性招募特性通过前馈控制进行模型线性化,进而设计自抗扰控制器实现对肌骨系统建模误差和震颤等外部扰动的估计和补偿,根据带宽法和稳定裕度要求完成控制器参数整定,并对闭环系统的跟踪和抗扰性能进行仿真分析;最后,基于腕部震颤抑制系统平台对所提出自抗扰控制方法与PID控制进行对比实验,验证所提出控制方案的有效性.     

拦截高速机动目标的非线性自抗扰制导律

为实现导弹对目标的高精度拦截, 本文提出了基于加权齐次函数的非线性自抗扰拦截制导设计方法. 首先, 提出了基于加权齐次函数的非线性扩张状态观测器在线估计视线角速率和由目标加速度等内外不确定性因素构成的总扰动. 其次, 设计了基于非线性扩张状态观测器的非线性自抗扰三维制导律对总扰动进行补偿, 该制导律克服了高阶非线性项与强耦合项等不利因素的影响, 提高了拦截制导精度. 本文通过分析误差系统的动力学行为证明了闭环制导系统的稳定性和收敛性. 本文提出的方法在拦截精度等方面优于已有的基于线性扩张状态观测器和基于fal函数的扩张状态观测器的自抗扰制导方法. 仿真结果验证了本文所提出方法的有效性和优越性.     

角速度约束下的刚体飞行器鲁棒有限时间姿态镇定

针对角速度状态受限条件下的刚体飞行器姿态镇定控制问题,提出一种基于扰动观测器的时变状态增益有限时间姿态控制方法.针对基于修正型罗德里格斯参数(MRPs)描述的刚体飞行器姿态控制模型,首先,利用齐次性理论并充分考虑到系统的模型结构特点,设计一种带有角速度约束项的有限时间姿态控制器,使得系统有限时间镇定;其次,在初始状态满足受限条件的情况下,角速度在任意时刻都可以被约束在期望的范围内;然后,针对存在外部干扰的姿态环动力学系统,提出一种带扰动估计补偿的复合有限时间姿态镇定控制器;最后,通过与其他两种控制方法的仿真比较,验证了所提出控制方案的有效性和优越性.     

基于滑动窗实时小波降噪的扩张状态观测器及自抗扰控制EI北大核心CSCD

自抗扰控制技术应用已日渐成熟,但当系统中存在高频非平稳噪声信号时,线性自抗扰控制(LADRC)存在难以选取合适的观测器带宽的问题:当带宽较小时,线性扩张状态观测器(LESO)难以实现对总扰动的实时观测,会造成时滞;当带宽较大时,LESO又会放大噪声对系统的影响,从而造成总扰动观测失真.为了解决这一问题,将小波降噪环节加入LADRC中,通过设计基于滑动窗实时小波降噪的LESO,对含噪输出信号进行实时降噪.使用Simulink搭建系统模型,分别在输出信号中加入高斯白噪声或谐波等不同类型的高频非平稳噪声进行仿真实验,并将所提方法与滑动平均法进行对比,结果验证了所提方法的有效性.