电动帆改进推力模型及深空探测性能分析

电动太阳风帆(简称电动帆)是一种利用太阳风动能冲力飞行的新兴无质损飞行器.针对电动帆传统推力模型中忽略了姿态对推力幅值影响的问题,本文推导得出了一种解析形式的改进推力模型,并与最新的多项式拟合改进推力模型进行了对比.对比结果显示两种改进推力模型数值结果很接近,但本文的解析改进推力模型形式更简单.为了重新评估电动帆在深空探测中的性能,以地球至火星的飞行任务为算例,分别采用传统推力模型和解析改进推力模型进行了电动帆轨迹优化仿真.仿真结果显示,在相同特征加速度情况下,采用改进解析推力模型完成任务所需时间,大于采用传统推力模型所用时间.上述现象的原因在于传统推力模型中忽略了姿态改变对推力加速度大小的影响,并高估了电动帆所能产生的最大推进角.     

遥感卫星小推力轨道转移控制

在太阳同步回归轨道遥感卫星的小推力轨道转移控制问题的研究中,小推力推进与化学推进方式有本质不同,不能再用速度脉冲的方法来设计轨道.针对推力方式不同的问题,采用了一组无奇点的春分点根数表示小推力卫星的动力学模型,从最优控制理论出发,给出了协态变量微分方程和最优推力方向,将轨道转移问题转化为非线性参数优化问题,利用非线性序列二次型规划法求解.对遥感卫星在1天回归和10天回归轨道之间的转移控制问题进行仿真,证明了方法的有效性.     

平流层卫星轨道控制建模与仿真研究

平流层卫星由超压气球提供静浮力,气动帆提供轨道控制力,系绳传递各力.能够在一定纬度范围内沿东西方向缓慢运动,因此平流层卫星是一种良好的通信与对地观测平台.首先分析平流层风场特性,给出平流层卫星的组成与工作原理,采用"质量-集中弹性绳"模型,把气球和气动帆分别看作系绳节点,根据各部分动力学特性分别建模;采用Matlab软件平台进行动态仿真,利用不同海拔之间的风速差,产生侧向控制力进行南北方向轨道控制的方法.仿真结果证实气动帆轨道控制系统能够实现平流层卫星南北方向的稳定控制与机动调整.     

平流层卫星建模与基于分级模型的轨道控制

为实现平流层卫星在平流层大气环流作用下环某一纬度飞行,需对平流层卫星经度方向轨迹进行控制.根据Lagrange方程建立了其六自由度的动力学模型,在基于模型的直接输入输出反馈线性化无法实现的情况下,按"舵控制帆、帆控制绳和绳控制球"的工作原理将系统分为3个级联子系统,并对3个子系统分别设计控制器来实现"舵控制球"的轨迹控制.仿真结果表明所设计的控制器性能良好.     

地球观测卫星小推力轨道控制方案仿真

本文讨论了近地太阳同步卫星小推力轨道控制仿真的特点、要求和问题。选用 EARLYDESIRE 高级语言在 PDP-11小型计算机上成功地对卫星轨道控制方案进行了实时仿真,预测了目标轨道。它将在卫星系统实时仿真和卫星运行管理中发挥作用。     

组合大视场星敏感器卫星自主定轨中太阳摄动

目前,国际上卫星自主轨道确定已受到了极大的关注,卫星定轨向高精度、高自主性方向发展.自主定轨方法多种多样,获取定轨信息的方法与自主定轨测量设备紧密联系在一起.就组合大视场星敏感器卫星自主定轨方法,建立了太阳引力摄动下的广义卡尔曼滤波模型,且进行了计算机仿真;通过对不同初始轨道高度情况的计算机仿真,给出了太阳引力对卫星轨道的影响;通过对东方红三号(DFH-3)卫星进行仿真和结果对比,说明了该自主定轨方法、所建滤波模型和算法的有效性.     

基于ADVISOR的电动拖拉机仿真系统开发与应用

考虑到电动拖拉机样车研发的需要,针对由美国可再生能源试验室开发的ADVISOR仿真软件存在的不足,对该软件进行了二次开发.通过建立电动拖拉机整车模型以及变速箱控制模型,增加各模块的数据文件,修改相应配置文件,建立了电动拖拉机仿真系统.利用建立的电动拖拉机仿真系统,以某电动拖拉机为研究对象,对其在运输作业工况下的整车性能进行了仿真分析.结果表明,所建立的电动拖拉机仿真系统能够预测整车性能,为样车的研发提供技术支持.     

基于SIMULINK的卫星姿控系统的仿真实现

卫星姿态确定数学模型涉及到姿态敏感器系统、卫星姿态动力学与运动学原理以及数据处理方法,系统对象比较复杂。首先,基于欧拉角法和四元素法建立了微小卫星姿态运动学模型,基于相平而控制法建立了采用恒定推力的开关式控制的喷气姿态控制系统,随后,在MATLAB的Simulink交互式仿真集成环境中对模型进行仿真研究,验证了模型的有效性;最后,对卫星模型选取了适当的参数,仿真结果满足对定姿精度和姿态稳定度的要求,完成了模型的设计。为说明卫星姿态控制中相关的算法,文中介绍了simulink模块的结构框图。     

基于干扰精细估计与神经网络推力分配的载人潜水器控制

针对潜水器在水下运行时会受到洋流、参数摄动等多种干扰因素影响和潜水器的过驱动问题,设计一种基于干扰观测的反步控制器和基于神经网络二次规划的推力分配器的双层控制结构.首先,建立潜水器系统在洋流影响下的动力学模型;其次,将潜水器受到的干扰分为由洋流产生的干扰和由其他因素引起的干扰两部分,分别使用洋流观测器和非线性干扰观测器进行估计,并基于干扰观测信息利用反步法设计运动控制器;然后,针对潜水器的过驱动特性以及推进器的推力受限问题,提出一种基于神经网络二次规划的推力分配方法;最后,使用Matlab进行数值仿真,验证所提控制方法的有效性和优越性.结果表明,基于干扰精细估计与神经网络推力分配的潜水器运动控制系统具有干扰估计更加准确、推进系统的耗能最优,以及避免推进器的推力超限等优势.     

一种MANS自主导航系统的导航精度分析

对基于ＭＡＮＳ导航敏感器的卫星自主导航系统，本文使用编制的计算机仿真软件，通过数学仿真给出了地球，太阳和月球的各种测量误差下的系统导航精度；分析了敏感器的安装误差，卫星轨道的偏心率和倾角，导航滤波器中的卫星轨道动力学模型和滤波器更新周期等对导航精度的影响。     

自然能供电的照明系统优化设计

针对在自然能发电系统的设计中合理设计能源组合形式,并进行容量计算,以及合理配置机组容量的问题,进行了研究和探讨。系统利用风力发电和太阳能发电两种方式获得电能,采取蓄电池储存富余电能,通过逆变器实现输出供电,以解决风电、光电资源较丰富区的商业楼宇照明供电。为得到合理的风/光发电设计比例,使系统成本最小,发电效率最高,在设计中根据系统所在地理位置及技术要求进行了发电系统的优化设计。实验证明,该系统组合方案较经济、合理。     

基于Adams的太阳帆展开绳索的建模与仿真

在太阳帆旋转展开过程中,依靠端部系有质量球的对角线绳索的离心力展开方形帆面,绳索与中心毂轮法向方向会产生夹角.利用Adams建模仿真技术成功建立太阳帆展开绳索模型,并对太阳帆绳索展开进行仿真分析,得出绳索与中心毂轮法向的夹角与毂轮相对转速的关系,为太阳帆的结构设计与模拟试验提供参考.     

一种风光互补发电控制器的设计与实现

针对风光互补发电系统中由于风力发电机和光伏电池间歇性供电造成的供电质量低下问题,提出了一种以PIC16F877芯片为核心的充放电控制方案,并给出了硬件电路和软件设计。研究表明该控制方法不仅能很好的实现蓄电池的三阶段充电,还能延长蓄电池寿命。     

嵌入式系统的太阳能双电源系统设计

针对目前已有的太阳能电源续航能力差以及无法实时监控电源电量的问题,采用晶体管控制技术和ZigBee无线传输技术,设计一款新型太阳能双电源系统。该系统利用太阳能电池板将太阳能转化为电能给蓄电池充电,同时将电源电量信息通过ZigBee无线传输到上位机监控平台,使得管理人员可以远程管理电源。经过多次的测试与分析,该系统运行安全稳定,达到了户外工作的电子产品对电源安全可靠不间断供电及远程监控电源电量的要求。     

基于MC9S08AW60太阳能电池太阳跟踪装置设计

讨论一种太阳能电池太阳跟踪装置的设计,以提高太阳能电池的光能转化效率。采用光电传感器及两轴控制方式,单片机根据对称位置光电传感器的比较输出控制两轴步进电机水平和俯仰方向的转动,直至对称位置光强相等时,太阳光垂直投射太阳能电池。此系统同时考虑节能及防台风安全措施。     

Robotic technologies for solar‐powered UAVs: Fully autonomous updraft‐aware aerial sensing for multiday search‐and‐rescue missions

Large‐scale aerial sensing missions can greatly benefit from the perpetual endurance capability provided by high‐performance low‐altitude solar‐powered unmanned aerial vehicles (UAVs). However, today these UAVs suffer from small payload capacity, low energetic margins, and high operational complexity. To tackle these problems, this paper presents four individual technical contributions and integrates them into an existing solar‐powered UAV system: First, a lightweight and power‐efficient day/night‐capable sensing system is discussed. Second, means to optimize the UAV platform to the specific payload and to thereby achieve sufficient energetic margins for day/night flight with payload are presented. Third, existing autonomous launch and landing functionality is extended for solar‐powered UAVs. Fourth, as a main contribution an extended Kalman filter (EKF)‐based autonomous thermal updraft tracking framework is developed. Its novelty is that it allows the end‐to‐end integration of the thermal‐induced roll moment into the estimation process. It is assessed against unscented Kalman filter and particle filter methods in simulation and implemented on the aircraft's low‐power autopilot. The complete system is verified during a 26 h search‐and‐rescue aerial sensing mock‐up mission that represents the first‐ever fully autonomous perpetual endurance flight of a small solar‐powered UAV with a day/night‐capable sensing payload. It also represents the first time that solar‐electric propulsion and autonomous thermal updraft tracking are combined in flight. In contrast to previous work that has focused on the energetic feasibility of perpetual flight, the individual technical contributions of this paper are considered core functionality to guarantee ease‐of‐use, effectivity, and reliability in future multiday aerial sensing operations with small solar‐powered UAVs.     

Research on simulation of ship electric propulsion system with flywheel energy storage system

Flywheel energy storage has been widely used to improve the ground electric power quality. This paper designed a flywheel energy storage device to improve ship electric propulsion system power grid quality. The practical mathematical models of flywheel energy storage and ship electric propulsion system were established. Simulation research on the effect of ship electric propulsion system power quality, made by flywheel energy storage, was completed by using the software Matlab/simulink. We have done a lot of simulation experiments on sudden load of ship integrated electric propulsion system, one system is with flywheel energy storage, another one is not with. Comparing with these simulation results, we can see that the flywheel energy storage designed in this paper has improved ship electric propulsion system network power quality as well as increases the reliability of the ship power grid. The conclusions can provide a theoretical guidance for the design of flywheel energy storage applied in ship integrated electric propulsion system.     

风光互补独立供电系统在通信基站中的应用

通过风光互补独立供电系统在通信基站上的应用,可以有效解决市电引入非常困难的问题,同时可以实现节能降耗的目标,为建设低碳社会做出应有的贡献。通过对太阳能发电系统、风能发电系统、远程监控系统的分析。详细介绍了风光互补独立供电系统在通信基站上的实际应用。     

基于阈值滤波的太阳能智能追踪系统设计

针对太阳能利用率不高的现状,设计了以MSP430F169单片机为核心的智能型太阳能自动追踪系统,采用基于阈值滤波的最大功率点追踪控制算法,提高了系统太阳能板追踪太阳的灵敏度,采用风速监测模块,增强了系统的稳定性。结果表明,相比固定电池板,系统吸收太阳能的转换效率提高了约95%,对提高太阳能的吸收效率,合理地利用太阳能具有重要的研究价值。