立方星剩磁在轨辨识与主动补偿技术

立方星的姿态测量与控制系统常采用磁测磁控结合偏置动量轮的方案,整星剩磁干扰力矩是影响姿态控制精度的重要因素之一。提出了一种利用磁强计实现剩磁矩在轨辨识与利用磁力矩器实现剩磁矩主动补偿的新方案:基于磁强计输出和卫星姿态动力学建立了剩磁矩在轨辨识模型,并利用采样滤波器(UKF)提高单磁强计条件下的辨识效果;把控制对象简化成线性定常系统,分析了剩磁干扰力矩对姿态的影响数学模型,并针对磁力矩器和磁强计分时工作的特点,基于叠加性原理提出了基于角速度的剩磁矩主动补偿算法。仿真研究表明,在1000 s内剩磁矩在轨辨识精度为0.001 A×m~2量级,主动补偿后,偏航角、滚动角与俯仰角控制误差分别从4.3°、4.6°与2.1°均减少至0.4°以内。提出的方法为类似配置卫星减少剩磁干扰力矩的影响提供了一种新思路。     

箭载捷联惯导系统水平自对准的两种实用方法

箭载惯导系统的方位对准一般通过外界直接瞄准装订,而水平对准利用惯导系统的惯性器件测量和计算来实现.在运载火箭初始对准过程中,箭体受发射场阵风等干扰因素的影响而使得惯导系统产生角晃动与线晃动,水平对准方法必须具备抗晃动干扰的能力.根据运载火箭初始对准中的水平姿态角及其变化比较小的特点,建立了俯仰角与偏航角之间相互解耦的对准误差方程.提出了应用控制原理和数字滤波进行水平对准的两种方法,计算机仿真表明了这两种方法有效可行.与传统的卡尔曼滤波对准相比,本文的方法具有运算简单、计算量小和便于工程应用等优点.     

导弹级间分离干扰动力学仿真研究

对于采用一级、二级级间冷分离方案的某型导弹,在描述级间分离过程的基础上建立了分离运动学和动力学数学模型,指出了分离仿真时必须考虑风干扰、推力偏心偏斜等干扰因素,采用Monte Carlo方法对各种分离干扰因素进行了分离仿真试验。仿真结果表明,在干扰因素作用下两级导弹可安全分离,所提出的分析方法对导弹一级、二级分离仿真及干扰因素分析具有一定参考价值。     

低频微幅偏航与侧滑振动机翼的低速升力面理论

本文利用与机翼固连的坐标系,提出偏航振动机翼低速绕流的数学问题,对翼后蛇形尾涡作了仔细研究.在低频振动的情况下,利用非定常涡格法进行数值求解.本方法可以用来计算机翼因偏航与侧滑振动而引起的滚转力矩气动导数.某些导数的计算结果与实验结果作了比较.     

旋转载体驱动硅微机械陀螺幅频特性

介绍了一种安装在旋转体上,用于旋转体姿态控制的新型微机械陀螺.陀螺利用旋转载体的滚转获得角动量,当载体发生偏航或俯仰,敏感质量块受到周期性哥氏力的作用,从而敏感载体的偏航或俯仰角速度.飞行试验中舵机的舵偏打容易使陀螺发生共振,陀螺输出信号无法满足旋转载体姿态控制的要求.针对这一问题,需精确测量陀螺的固有频率.首先基于陀螺运动方程分析了其幅频特性和固有频率,并利用数值计算软件进行了仿真,最后提出了一种对该陀螺幅频特性的测量方法,得到了幅频特性曲线,确定了固有频率70 Hz.实际测量的幅频特性曲线和仿真曲线一致,测量的固有频率相对于舵偏打产生的共振频率点误差为2.1%,通过避开测得的70 Hz 固有频率,获得了符合姿态控制要求的陀螺输出信号.     

鲁棒控制在惯性导航系统初始对准中的应用

本文提出并设计了一种新的鲁棒控制方案,并进行了计算机仿真。结果表明,该系统对于不确定性干扰和噪声,具有强鲁棒性,快速性,精度高等特点,是一种应用在实际动态系统中的理想初始对准方案。     

轰炸机光电对抗视景仿真系统研究与设计

针对光电对抗仿真的技术要求,研究并开发了用于轰炸机光电对抗研究与对抗策略验证的交互式视景仿真系统.首先分析了红外制导导弹的导引过程,以及常见的光电对抗仿真方法,然后对基于视景仿真软件OpenGVS的视景仿真程序开发与基于Multigen Creator的三维模型构造方法进行了介绍,在此基础上利用面向对象的软件设计方法开发了视景仿真程序.程序的功能包括轰炸机与导弹飞行过程模拟、导弹制导方式仿真、干扰弹的投放与运动仿真、干扰策略中的人机交互等.经过实际使用,所开发的轰炸机光电对抗视景仿真软件可以逼真地实现对轰炸机、导弹的飞行以及干扰弹投放过程的仿真.     

四旋翼飞行器建模及位置跟踪控制(英文)

相对其他无人飞行器平台,四旋翼飞行器有其独特的优势,因而受到广泛的关注。位置跟踪控制对四旋翼飞行器的应用非常重要。在阐述四旋翼飞行器的飞行原理和操控机制的基础上,研究了其动力学模型,并提出了一种简化的数学模型。四旋翼飞行器是欠驱动耦合系统,为了实现系统解耦并得到清晰的控制回路,设计了多回路PID控制方案,其控制目标是位置和偏航角,而姿态角和横滚角由位置误差调节。最后,通过仿真验证了控制方法的有效性。     

鸭式旋翼/机翼飞机悬停及小速度前飞气动干扰实验研究

鸭式旋翼/机翼飞机是一种新概念可垂直起降高速飞行器,为了解该飞机在悬停及小速度前飞时的全机气动干扰特性,在南京航空航天大学开口风洞中进行了飞机全机气动力实验,实验采用多台测力天平分别测量主机翼和机身的气动力.结果表明,悬停时受主机翼高速旋转产生的下洗尾流影响,机身产生了较大的法向力和低头力矩;前飞时下洗尾流对机身的法向力和俯仰力矩有比较严重的干扰,对滚转力矩和偏航力矩干扰较小,对侧向力有一定影响.实验结果为飞机的飞行动力学特性研究以及控制律设计提供了参考.＃     

基于地平仪两轴姿态测量的卫星自主相对导航

针对近圆轨道编队卫星,提出了一种仅需要地平仪两轴姿态测量的卫星自主相对导航滤波方法,利用星间相对测量与偏航姿态运动的弱相关性,解决了欠偏航量测下的相对位置估计以及三轴姿态确定问题。可观性分析证明了该方法的可行性及对编队构型参数的适应性。大量仿真表明,对于绕飞和伴飞构型,该方法均收敛,性能特性与理论分析一致。针对当前典型的地平仪与星间测量能力,相对位置滤波精度均优于2 m(3σ),绕飞构型偏航姿态精度优于1.0°(3σ),伴飞构型偏航姿态精度优于0.5°(3σ),是对中等精度编队卫星配置简化的有益探索。     

倾斜转弯小直径炸弹鲁棒自动驾驶仪设计(英文)

针对倾斜转弯(BTT)控制模式决定了小直径炸弹是一个强耦合非线性不确定时变系统的特点,研究了其自动驾驶仪的鲁棒设计问题。将小直径炸弹俯仰、偏航、滚转通道之间的耦合视作不确定干扰,基于H∞控制理论,采用双回路方法设计了自动驾驶仪,即采用LQR设计方法作为内回路,以确保炸弹确定性模型部分的控制效果;H∞/混合灵敏度控制作为外回路,以抑制通道之间耦合干扰,增强系统的鲁棒性能,并分析了系统的动态跟踪性能和对全弹道上参数扰动的鲁棒性能。6DOF弹道仿真结果表明炸弹BTT控制性能和鲁棒性能良好,满足设计指标要求。其研究方法可为小直径炸弹BTT控制系统的工程应用提供参考。     

一种快速传递对准改进方案的设计仿真

针对传统速度匹配方案的不足之处,引入姿态辅助观测信息,设计了一种快速传递改进方案,理论分析及仿真结果表明,该方案的航向对准在数秒内即可完成,飞机只需做简单的机翼摆动作。     

一种车辆航位推算改进方法

针对车辆导航的特点,给出了一种基于单陀螺单加速度计的简化航位推算方案,同时研究了差速里程仪导航方案存在的问题,提出了基于单陀螺单里程仪的航位推算方案.该方案可以充分发挥陀螺短时精度高,里程仪测量误差随着时间增长变化较小(特别是在车辆低速行驶时)的优点,并对这几种航位推算方案进行了仿真研究.仿真结果表明:单陀螺单里程仪航位推算方案的航向精度和位置精度都是较高的.     

失重状态下人体的姿态控制

运动员的腾空和宇航员在轨道上的飞行都是处于失重状态。本文将人在失重状态下的转体运动分解为空翻、侧滚和自旋三个独立的转动,引入刚化动量矩的概念,得到转体运动的动力学方程。所得方程表明,转体运动是一个受控过程。受意识支配的肢体的运动形成过程的控制作用。利用这组方程既可以根据一定的肢体运动分析转体运动的过程,也可以根据对转体运动提出的要求,设计肢体动作。用所得的动力学方程讨论了宇航员在空间的转体,以及跳水等运动中的“晚旋”。     

漂浮基弹性基座空间机械臂的鲁棒控制

讨论了基座存在弹性情况下,载体位置不受控、姿态受控的漂浮基空间机械臂系统关节空间控制问题.利用拉格朗日方法结合动量守恒定律建立了弹性基座漂浮基空间机械臂系统动力学方程,空间机械臂工作环境的特殊性使得理论数学模型和实际模型存在一定的模型误差,同时考虑到外部干扰,本文对理论模型进行了改进.基于李雅普诺夫稳定性理论,为具有模型误差和外部干扰的弹性基座空间机械臂设计了合理的鲁棒控制方案,并且进行了稳定性证明.由于建模过程结合了动量守恒定律,所以所设计的控制方案无需测量载体位置、移动速度和移动加速度.数值仿真结果证实了本文提出的控制方法的有效性和可行性.     

三轴精密角振动台控制问题探讨

本文详细分析了三轴精密角振动台控制精度的影响因素，然后基于整周期谐波分析法提出了补偿这些干扰的自学习控制方案。仿真结果表明，该控制系统能显著提高系统振动精度，满足设计要求。     

飞机大迎角俯仰运动下的横侧向气动特性及被动控制

在南航3m低速风洞内,利用一套两自由度动态试验机构,通过测力实验研究了某飞机模型静态和俯仰动态过程中大迎角下的横侧向气动特性,分析比较了在模型头部加上扰动片后,对横侧向气动特性产生的影响.研究结果表明,模型在静态大迎角下会产生较大的侧向力和偏航力矩,而模型的快速上仰过程则进一步加剧了模型头部流动的非对称性,在大迎角下产生较大的偏航力矩迟滞环;当在模型头部加扰动片后,不论是静态过程还是动态过程,都使得模型的侧向力和偏航力矩减小,从而改善了俯仰运动过程中大迎角下的横侧向气动特性.     

陀螺仪漂移测试小角度伺服法实验方案的改进

为了提高陀螺仪的使用精度,研究了陀螺仪漂移测试的伺服法实验技术.依托973项目,在国内首次完成了高精度单自由度静压液浮陀螺仪的伺服法实验.找到了影响小角度伺服法实验测试精度的主要误差源,即小角度伺服法实验的方法误差,通过对该误差的分析,提出了改进的小角度伺服实验方案.建立了小角度伺服法实验方法误差的仿真模型,用改进方案和原始方案分别进行了仿真和实验,结果表明改进方案同原始方案相比,陀螺仪漂移误差模型中的三项系数辨识精度均有提高.     

静不稳定空空导弹导轨发射机弹分离数值模拟

将基于N-S方程求解的流动模拟与求解导弹六自由度运动方程和控制律相结合,进行静不稳定空空导弹导轨发射分离轨迹的数值模拟.结果表明,对静不稳定导弹,如果不施加控制,载机的横侧向气动干扰会使采用导轨发射的导弹在离轨后滚转姿态很快发散,俯仰和偏航姿态快速改变,施加姿态控制后,导弹离开载机的过程中姿态比较稳定,改善了发射安全性.     

INS/GPS紧耦合系统自适应跟踪环路带宽设计

在INS/GPS紧耦合系统中,通过把惯导系统的位置、速度等估计值反馈到GPS的跟踪环,使环路带宽可以变窄,以明显改善GPS的抗干扰能力.在这种组合系统中,跟踪误差是由环路带宽内中的干扰噪声、振荡器相位噪声引起,此外还有惯性传感器的误差引起的跟踪误差.文中提出了按照GPS信号的载噪比自适应地调节GPS的环路带宽的方案,这将使GPS接收机在任何条件下包括存在干扰时保持最佳状态.分析和仿真计算说明,与采用固定带宽时相比,自适应带宽的紧耦合系统具有更高的抗干扰能力和对卫星信号的跟踪精度.