利用卡尔曼滤波和参数自调整控制器提高飞行仿真转台性能

为了提高惯性器件仿真的真实性,飞行仿真转台被广泛应用于半实物仿真系统.但是飞行仿真转台的响应误差、响应滞后、非线性等特性影响了整个半实物仿真系统的性能.采用卡尔曼滤波器对转台的状态进行估计,并设计了带有前馈的闭环控制器,减小了飞行仿真转台的低频相位滞后.通过对转动轴上的转动惯量进行辨识,控制器的参数可以自动调整来减小负载惯量变化对系统的影响,同时控制器对系统的力矩扰动进行了补偿.经过试验验证,转台小信号运行时的失真度残小为原来的1/5,动态仿真性能也有显著提高.     

基于扩张观测器的四旋翼无人机轨迹鲁棒滑模控制

针对四旋翼无人机轨迹追踪问题,提出了一种基于扩张状态观测器的鲁棒滑模控制方法。考虑无人机系统受到内外部扰动、线速度未知等不确定性影响,通过引入扩张状态观测器,对系统不确定因素进行实时估计并给予补偿,实现了系统对扰动的鲁棒性和对环境的高度适应性。同时,滑模控制通过引入切换函数来消除干扰及不确定项,但较大的切换增益会引起系统颤振,因此,干扰和不确定项是颤振的主要来源,利用扩张状态观测器来估计干扰及不确定项并加以补偿,消除了颤振。利用Lyapunov理论,证明了控制系统的稳定性。系统仿真实验结果表明,所提出的控制方法能够保证四旋翼无人机轨迹追踪的鲁棒性,旋翼转速最大跳变幅值降低86.4%~94.5%,提高了系统稳定性。     

无刷直流力矩电机系统的自适应扰动力矩补偿研究

陀螺漂移测试转台无刷直流力矩电机系统中存在波动力矩和负载力矩振动，这严重地影响了转台速率平稳度。为提高转台速率状态位置跟踪精度，设计了一种自适应补偿方法。该方法包含一个参自适应律和等效PID控制律，它利用前馈补偿原理，来估计电机中未知参数以及波动力矩和负载力矩参数并给与补偿。该自适应补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪。仿真结果证明：该方法有效地提高了转台速率状态跟踪精度。     

利用加速度反馈改善转台低速性能

惯性技术的发展对惯性测试转台速率性能,特别是低速性能的要求越来越高,但摩擦力矩以及其它各种干扰力矩对转台低速性能的进一步提高产生了严重影响。为了有效克服这些干扰力矩对转台低速性能的影响,在传统的速率、位置双闭环控制结构的基础上,提出了利用加速度反馈来抑制干扰力矩的影响以提高转台低速运动性能的方法。通过利用获取的角加速度信息构成加速度闭环,对干扰力矩对低速运动的影响进行抑制,减少了转台低速爬行现象,提高了低速运动平稳性。分析和实验均表明,加速度反馈能对干扰力矩对低速运动的影响进行有效地抑制,改善了转台的低速运动性能。     

惯性稳定平台扩张状态观测器/PD复合控制

为提高惯性稳定平台控制系统的稳定精度,在常规PID控制的基础上提出了一种扩张状态观测器与PID相结合的复合控制算法。利用扩张状态观测器将惯性稳定平台的各种内部扰动和外部扰动都视为总和扰动并观测出来,然后通过PID控制器进行误差反馈控制,从而提高控制系统的扰动抑制能力与稳定精度。以Lu Gre摩擦模型加入控制模型进行仿真分析,并通过北航自研的惯性稳定平台进行实验验证。结果表明:扩张状态观测器/PD复合控制方法具有高的扰动抑制能力,可显著提高稳定平台稳定精度。相比常规PID方法,扩张状态观测器/PD复合控制使横滚框和俯仰框的稳定精度分别提高了33.23%和55.01%。     

基于指数收敛的四旋翼无人机鲁棒自适应飞行控制

针对四旋翼无人机鲁棒自适应飞行问题,提出了一种基于指数收敛的控制方法。考虑到四旋翼系统的欠驱动、强耦合等非线性特性,采用线性化反馈控制策略实现对其轨迹追踪飞行能力的基本控制;针对线性化反馈控制易受系统内外部未知干扰等影响,采用基于指数收敛干扰观测器组合控制设计,实现四旋翼飞行的鲁棒与自适应控制;线性反馈及状态观测器控制系统基于指数收敛稳定。进行了仿真分析,结果表明,干扰观测器对四旋翼系统中存在的未知干扰具有很好的估计能力,所设计的基于指数收敛控制系统,结构简单,且具有较强的干扰抑制能力和较高的系统稳定性,满足四旋翼无人机的鲁棒及自适应飞行能力要求。     

基于MSCMG大型遥感卫星高精度姿态控制方法

针对大力矩飞轮前馈和闭环反馈补偿复杂、对精度影响敏感性大的问题,提出了基于磁浮控制力矩陀螺闭环补偿的大型遥感卫星高精度姿态控制方法。该方法采用磁悬浮力矩陀螺为控制执行机构,通过变结构反馈补偿控制律设计,建立新的运动补偿控制系统,减小相机和卫星本体耦合效应。基于磁浮力矩陀螺力矩大、反向激励扰动小、精度高的特性,将其应用于对地遥感成像相机运动补偿控制系统中,仿真结果表明,与飞轮前馈补偿相比,姿态稳定度提高了一个数量级,有效提高空间大惯量卫星姿态控制的稳定度,提升相机对地成像质量;研究结果可为甚高精度卫星姿态控制与载荷运动补偿提供参考。     

转台速率系统的学习控制

本文分析了直流电机的齿谐波定位力矩对转台速率平稳性的影响，提出一种基于角位移周期的学习控制方案，以补偿力矩波动对速率系统性能的影响。实例仿真说明学习控制能有效地提高转台的速率平稳性。     

航空遥感用三轴惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法

航空遥感用三轴惯性稳定平台用于稳定成像载荷,获取高分辨的遥感数据。但是由于稳定平台承载大且存在质量偏心,在载机加速度的作用下平台产生幅值较大的不平衡力矩,导致平台的稳定精度下降和相机成像质量退化。为了有效抑制不平衡力矩产生的影响,提高平台的稳定精度,提出了一种基于不平衡力矩观测器的惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法。首先设计一种不平衡力矩观测器,实时估计出平台的不平衡力矩;然后通过前馈补偿的方法抑制不平衡力矩的作用,从而达到提高平台的稳定精度的目的。仿真结果显示,平台的稳定精度得到大幅度提高,基于不平衡力矩观测器的惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法有显著补偿效果。     

转台伺服系统低速性能分析

首先分析了摩擦干扰力矩和电机齿槽力矩对一般伺服系统速率平稳性的影响,在此基础上,针对转台伺服系统的实际设计,分析了摩擦干扰力矩和电机齿槽力矩对转台伺服系统低速性能的影响,提出了改善转台低速平稳性的技术途径。同时又研究了角位置误差引起的转台速率波动问题。