水下超高速航行器首舵控制系统的设计

水下超高速航行器处于巡航阶段时,由于其大部分表面被超空泡包裹,运动模式不同于常规的全沾湿航行器;为了对超高速水下航行器的定深弹道实施控制,在研究水下超高速航行器运动模型的基础上,对首舵机控制系统的控制率进行了综合,研制了一种新型的深度间接控制的电动首舵机闭环控制系统;详细介绍了功率控制单元的工作原理、硬件设计的关键技术及控制软件设计;地面考核试验证明该控制系统完全满足超高速航行器的姿态控制要求;研究结果可为水下超高速航行器控制系统的设计提供参考。     

基于事件触发的AUVs固定时间编队控制

针对多自主水下航行器编队系统受限于有限的通信资源及收敛速度慢等问题, 提出一种基于事件触发的自主水下航行器固定时间领航?跟随编队控制方法. 首先, 将动态面控制算法与反步法结合, 消除“计算膨胀”问题; 其次, 为节约有限通信资源, 将事件触发通讯机制和固定时间理论引入多自主水下航行器编队控制中, 设计编队控制器, 实现编队系统的固定时间稳定, 且系统收敛时间与初始状态无关, 并通过理论证明无Zeno行为; 最后, 对4艘自主水下航行器的编队进行仿真实验, 验证算法的有效性.     

混合驱动水下航行器水平推进模式水动力特性

关于水下航行器结构设计优化问题,混合驱动水下航行器(HUG)是一种新型水下航行器,实现了自治式水下航行器(AUV)与水下滑翔机(AUG)结构和功能的集成,具有航速大、航程长、机动性好等特点.混合驱动水下航行器所受水阻力与机动性是其水平推进模式(AUV模式)下的重要性能指标.针对混合驱动水下航行器的要求与结构特点,采用计算流体力学方法,分析了航行器在AUV模式下的航行水阻力和机动性.研究表明,混合驱动水下航行器在集成AUV与AUG功能优势的同时,在AUV运行模式下,航行阻力将增大约30％,航行机动性降低约15 ～25％.结果为混合驱动水下航行器的外形设计提供了依据.     

水下航行器X字型舵面故障分析与仿真

X字型舵水下航行器与十字型舵水下航行器相比,舵机系统具有功能冗余性.目前国内对舵机系统的故障诊断主要是针对十字型舵,而对于X字型舵的研究还比较少.针对上述情况,论文分析了X字型舵与十字型舵水下航行器舵面布局的差异以及X字型舵水下航行器流体动力特性,建立了X字型舵水下航行器力及力矩模型,研究了X字型舵在舵面故障情况下动力特性的改变,给出了X字型舵舵面损伤时横滚角的动态变化.仿真结果表明,X字型舵水下航行器在舵面损伤时横滚角趋于发散,通过设置合适的观测器,就能检出该故障,对进一步研究X字型舵水下航行器的故障诊断具有重要的作用.     

采用MSP430的舵机控制系统设计及实现

航空电动舵机是飞行器控制系统的关键组成部分,为航空舵机设计高性能的控制器具有重要意义;针对航空舵机,设计并实现了一种采用MSP430单片机的稀土永磁无刷直流电机的舵机控制系统;提出系统的复合伺服控制策略并设计了控制系统结构;设计硬件与软件系统实现复合伺服控制并进行随动实验测试,实验结果显示系统跟踪误差小,无超调量和静态误差,表明系统具有很好的稳态和动态特性,控制效果良好。     

基于模糊PI混合控制的自主水下航行器推进系统

对转永磁无刷直流电机驱动对转螺旋桨主要应用在自主水下航行器推进系统中,通过调节对转电机转速就可以实现自主水下航行器速度的无级调节.在研究对转永磁无刷直流电机数学模型的基础上,提出一种外环转速环采用模糊PI混合控制,内环电流环采用PI控制的双闭环调速方法.仿真结果表明,与外环、内环均采用PI控制的双闭环调速方法相比,该方...     

混合驱动水下滑翔器主从互转式应急控制技术研究

水下滑翔器是一种长续航新型水下机器人,利用其高效的驱动方式能够航行数月,因而相比其他无人水下自主航行器,滑翔器控制系统的可靠性显得尤为关键。根据水下滑翔器长续航的工作需求,结合其分布式控制系统的架构形式,设计了一种主从互转式应急控制技术。通过CPU互监控以及建立公共存储区等手段,实现了控制器异常情况下的非复位式热切换,保证了滑翔器重要动作部件的正常运行。试验结果表明,利用主从互转式控制方式,可以极大的减小了控制系统中主CPU宕机对滑翔器自主运行的影响,增加水下滑翔器的安全性能。     

基于有限时间系统同步的自治水下航行器回收控制

基于主-从系统状态同步的思想,提出了母艇在平面运动中回收自治水下航行器（Autonomous underwater vehicle,AUV）的一种控制方法. 在给出母艇和自治水下航行器的动力学模型基础上,建立了自治水下航行器（从系统）接收母艇（主系统）的状态信息并控制自身接近母艇的主从控制方案,使母艇自主回收水下航行器的问题转化为两者的运动状态同步问题. 利用有限时间稳定性理论,设计了一种在常值海流扰动影响下,自治水下航行器能够在有限时间内被母艇回收的滑模控制器,理论证明和仿真实例证实了该控制器的有效性.     

基于PC104工控机的水下制导系统

本文简要介绍了基于PC104嵌入式工业控制计算机某小型远程自主水下航行器制导系统的设计要求和软硬件实现方法，该制导系统已成功应用于学校211工程建设的自主水下航行器上。     

基于AVR单片机的电动舵机控制器设计

根据无人机控制系统需求,设计一款基于AVR单片机的数字电动舵机控制器,详细介绍了该电动舵机控制器的组成、工作原理、数字PID控制算法,实现了对舵机的伺服控制,为工程研制数字化舵机奠定了良好基础。     

含齿隙弹载舵机的全局反步模糊自适应控制

针对制导弹药电动舵机伺服系统中存在的齿隙、不确定参数及外部干扰,提出一种基于反步法的全局模糊自适应控制方法.首先,综合考虑上述非线性因素,分析描述齿隙的近似死区模型,建立含齿隙弹载舵机的双惯量机电模型,并将其引入采用"三闭环"结构的伺服系统中,构建非线性系统的状态空间;然后,采用模糊逻辑系统对齿隙等非线性因素进行自适应逼近与补偿控制,通过反步递推构造全系统Lyapunov函数,并运用Lyapunov第二法证明了整个闭环系统最终一致有界.仿真实验表明:较经典PID控制,该方法能更有效地削弱齿隙引起的传动力矩抖振与振荡冲击,既保证了系统的跟踪速度与控制精度,对不确定参数与外部干扰也具有较强的鲁棒性.     

Investigation of the electromechanical variables of the spindle motor and the actuator of a HDD due to positioning and free fall

This research investigates the electromechanical variables of a spindle motor and an actuator of an operating hard disk drive (HDD) due to the positioning and the free-fall of a HDD. Magnetic fields of a brushless DC motor and a voice coil motor are determined by the time-stepping finite element equation of the Maxwell equation and the driving circuit equation. The pressure of the fluid dynamic bearings (FDBs) is determined by solving the finite element equation of the Reynolds equation to calculate the reaction force and the friction torque. Dynamic equations of the rotating disk-spindle, actuator, and stationary bodies of a HDD are derived from the Newton–Euler’s equation. The speed control of the rotating disk-spindle and the servo control of the actuator are included to describe the head positioning between the rotating disk and the head. The simulation is performed to investigate the electromechanical variables of the spindle motor and the actuator due to the positioning and the free-fall of a HDD. This research shows that the positioning and the free-fall of a HDD change the electromechanical variables of the spindle motor and the actuator of an operating HDD, and that monitoring their electromechanical variables may identify the positioning and the free-fall of a HDD without using extra sensors.     

航天机电伺服系统的自抗扰控制

航天机电伺服系统作用是接收火箭控制系统的指令信号并带动空气舵或者喷管跟随指令信号运动,其在应用上的主要特点是负载特性变化大.传统的PID算法在航天机电伺服系统上的应用已经比较成熟,但是在空气舵或者喷管本身负载特性发生改变时,传统的PID算法的控制效果会明显下降.因此,本文建立了航天机电伺服系统柔性运动模型,并提出了将自...     

Track-following control of a dual-stage hard disk drive using a neuro-control system

This paper describes the track-following control of a dual-stage hard disk drive system using neural-networks. A neural-network approach to on-line learning control, and a real-time implementation for a dual-stage hard disk drive, are presented. The use of the dual-stage actuator in hard disk drive systems has become a means of achieving increased servo actuator bandwidth. The dual-stage actuator presented here uses a voice-coil motor (VCM) as a coarse actuator, and a piezoelectric actuator (PZT) as a fine actuator. The control system consists of a series combination of both a plant with a feedback loop and a neural-network with a feedforward loop. The neural-network functions as the reference input filter, and it organizes a new reference signal to the closed-loop circuit. Numerical and experimental results for the track-following control system of the dual-stage hard disk drive show the validity of the proposed neuro-control system.     

近似时间最优的舵机多模位置控制策略

高超声速飞行器要求其伺服作动系统具有高动态高精度的特性,针对传统控制方法难以兼顾系统动态和精度的难题,本文设计了一种近似时间最优的舵机多模位置控制策略.首先建立了以一阶惯性环节串联积分器表征舵机输入输出特性的特征模型.然后以相平面为分析工具,给出了其近似时间最优控制的切换区;在切换区外以快速性为目标而采用bang-bang最优控制,在切换区内以避免振荡和超调为目标而采用bang-bang次优控制;为提高稳态性能,在小误差时时采用线性控制.实验表明,该方法响应快速,避免了振荡和超调,很好地满足了对伺服作动系统高动态高精度的要求.     

基于DSP的数字舵机控制系统的设计与实现

研究了新型全数字电动舵机控制系统的设计问题,针对某型无人机的特点以及对舵机的高性能要求,设计了一套基于DSP的数字舵机控制系统,同时分析了其结构组成、控制方案、控制器软硬件设计等问题;该系统以无刷直流电机作为伺服电机,采用三闭环的控制策略,实现舵面位置的高性能跟踪;实验结果表明,基于DSP的舵机控制系统具有良好的位置跟踪性能,该控制系统起动快速、稳定;采用TMS320F2812控制芯片后,不仅简化了系统外围设备,降低了系统的功耗,而且提高了系统的准确性和实时性,该系统可以作为某型无人机的舵机控制系统。     

Dual-stage servo systems and vibration compensation in computer hard disk drives

This paper discusses two mechatronic innovations in magnetic hard disk drive servo systems, which may have to be deployed in the near future, in order to sustain the continuing 60% annual increase in storage density of these devices. The first is the use of high bandwidth dual-stage actuator servo systems to improve the precision and track-following capability of the read/write head positioning control system. The second is the instrumentation of disk drive suspensions with vibration sensing strain gages, in order to enhance airflow-induced suspension vibration suppression in hard disk drives.     

Robust design of a microactuator for HDD head positioning

With rapid growth in areal recording density of hard disk drive (HDD), ultra-high precise head positioning and higher servo bandwidth are required. Dual-stage actuation system using MEMS actuator has been considered as one promising precise positioning solution. The microacatuator we designed has a low in-plane resonant frequency, which limits the servo bandwidth and needs compensation by servo control system. However, this resonant frequency may shift from its mean value during MEMS fabrication process. This shift adds difficulty to effective compensation for servo control. In this paper, a robust solution is proposed to minimize microactuator’s resonant frequency shift so that its first resonance frequency is insensitive to the effects of sources of processing variations and then effective compensation for high servo bandwidth can be achieved.     

Track following servo control for rotary piezoelectric motor based primary actuation in hard disk drives

In this paper, we show the tracking performance of a rotary piezoelectric motor based hard disk drive actuator. The actuator is built and modeled for positioning servo in disk drive systems. The Piezo motor replaces the voice-coil-motor based primary actuation. Simulation and experimental results for its servo system proves that it can help to achieve track density of more than 1000?KTPI.     

基于滑模变结构控制的EHA系统仿真研究

多电飞机功率电传作动系统,采用电能取代飞机能源系统中的液压能、气压能等二次能源.典型的功率电传作动系统主要有电静液作动器(EHA)和电机械作动器(EMA)两种.根据飞机系统运行特点,以EHA为研究对象,对其工作原理与结构特点进行分析,建立了EHA系统中驱动电机、液压泵、作动筒、活塞杆负载等的Simulink线性化仿真模型.同时,针对驱动电机控制精度低的问题,由于传统PID控制的EHA存在舵面控制精度差和频域带宽过窄等问题,故采用了滑模变机构控制对传统PID控制进行改善优化,并进行对比仿真.仿真结果表明,滑模变结构控制的EHA系统的控制质量得到了明显提高.