飞机模型频域辨识方法——CIFER算法研究

飞机是一个非线性且各通道间存在耦合的系统。在辨识领域用得较为广泛的单通道时域和频率辨识都不能得到满意的用于实践的模型,而CIFER(Comprehensive Identification From Frequency Response)采用先进的线性调频Z变换(Chirp Z-Transform)、多输入处理以及组合窗技术,能有效滤除各种干扰的影响、克服单通道辨识中忽略通道之间作用的缺陷,最终得到满意的能用于操作性能提升、飞机模拟仿真以及控制系统设计的飞机系统多输入多输出线性模型。此外,通过该线性模型,可以借助物理结构得到相应的飞机物理参数。     

高速倾斜镜建模与传递函数辨识

为了在光束稳定控制系统中更好地对高速倾斜镜（FSM）实现稳定、精确地控制,对于由超磁致伸缩材料（GMM）作为位移产生元件的高速倾斜镜,根据GMM 材料的特性和倾斜镜的运动机理,经推导建立了倾斜镜的传递函数模型,并结合实测的倾斜镜幅频和相频响应特性,在Matlab 软件中利用Levy 法对倾斜镜的传递函数进行了辨识,得到了精确的倾斜镜传递函数。与实测结果相比,在中低频段,幅度辨识误差在0.3 dB 以内,相位辨识误差在5以内,结果表明:通过理论推导建立的倾斜镜模型是合理有效的,对于改善该倾斜镜在应用系统中的稳定性和精度提供了依据。     

一种多输入多输出系统的盲辨识算法

多输入多输出线性系统的盲辨识问题可以利用输出信号的高阶累积量来解决.针对已有的一个线性MIMO系统辨识方法没有充分利用累积量矩阵固有结构的不足,提出一个改进算法,从而提高估计性能.并通过计算机仿真作了验证.     

空间光通信中快速倾斜镜的数字控制研究

文章描述了空间光通信跟瞄系统中精跟踪的数字控制。对于一个给定的快速倾斜镜，基于零极点对消方法在Z域内设计了数字控制器，并对加入控制器后的系统进行了仿真。     

基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10^-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。     

基于子空间跟踪的状态空间系统辨识方法及其在时变系统辨识中的应用

基于系统状态空间模型的系统辨识方法的一个困难在于算法具有较大的运算量和存储量。本文将基于APEX算法的子空间跟踪方法引入辨识算法。APEX算法的神经网络实现可以有效地减少辨识算法的运算量和存储量。本文将得到的算法应用于时变系统的辨识，仿真结果和应用于实际数据的结果验证了方法的有效性。     

多输入多输出系统中空时分组码的盲信道估计

在空时系统设计中，信道估计是一个关键技术。对一种基于空时分组码的盲信道估计算法进行了研究。在信道输出端进行子空间分解，如果信号子空间是由信道唯一决定的，那么信道参数可被唯一估计为一个常数。提出的算法是基于空时分组码的普通形式，因此可被应用于任何分组码。最后，仿真结果显示了一些特定码字的估计效果。     

下行多用户MIMO-OFDMA/SDMA系统动态资源分配

该文对下行多用户MIMO-OFDMA/SDMA系统动态资源分配算法进行了研究,在满足各种约束条件的前提下,以最大化系统吞吐量为目标建立了相应的优化模型。由于最优解难以获得,将整个优化过程分两步完成,第1步定义了一个用于度量配置多根天线的用户空间兼容性的指标,并根据该指标提出了相应的调度算法;第2步提出了两种次优的资源分配算法。仿真结果表明,所提算法优于传统的随机调度算法,与功率复用策略结合时,所提算法的性能接近于基于用户选择的最优分配算法的性能。     

循环前缀块传输系统中的一种MIMO盲信道估计算法

信道估计一直是无线通信领域的研究热点之一,信道参数估计的好坏对系统的整体性能有着至关重要的影响。针对采用循环前缀的多输入多输出(MIMO-CP)系统,本文提出了一种基于子空间的盲信道估计方法,该算法利用了循环前缀所引起的冗余信息。基于子空间的盲信道估计算法都是通过对接收块的自相关矩阵进行奇异值分解(SVD)来实现信道估计的,因此需要利用尽可能多的接收块来得到准确的自相关矩阵的估计值,这就意味着会产生过久的判决延迟以及不能准确对快变信道进行跟踪。利用MIMO-CP系统中系统矩阵特有的块循环特性,对于连续的两个接收数据块以及对应的循环前缀部分组成的向量,可以重新构造一组新的向量而不改变系统的信道矩阵,因此可以通过较少的接收块来得到准确的自相关矩阵的估计值,该方法十分适用于对快变信道的盲估计。文章通过仿真分析了在不同的重复系数以及不同的接收块下该算法的性能并且比较了该算法与现有的“预编码”、“虚拟子载波”等盲信道估计算法的性能。仿真结果表明,提出的算法利用较少的数据块个数就得到了一个可靠的信道估计值和很好的误码率性能。      

大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制

为了提高空间天文望远镜精密稳像系统中大口径压电快摆镜机构（Fast Steering Mirror,FSM）的控制精度,采用迟滞前馈补偿和最优PID控制算法相结合的复合控制策略。针对基于广义Play算子的Prandtl-Ishlinskii（PI）模型可逆性受约束条件限制以及求逆过程中模型参数估计误差累加的问题,提出了一种基于广义Stop算子的PI逆模型进行压电执行器（Piezoelectric Actuator,PZT）迟滞补偿。针对逆迟滞模型的不确定性和直接前馈控制抗干扰能力差的问题,在控制系统中加入最优PID闭环控制器。采用自适应差分进化算法（Adaptive Differential Evolution,ADE）对迟滞逆模型参数和PID控制器参数进行寻优并引入混沌搜索机制来提高ADE算法的性能。实验结果表明:与传统PI模型解析求逆方法相比,基于广义Stop算子的PI逆模型能够更好描述逆迟滞曲线,拟合频率为1 Hz的迟滞曲线,拟合精度提高78.04%;实时跟踪频率分别为1、10、20 Hz的大口径快摆机构目标摆动位移,复合控制策略的跟踪精度相比于直接前馈控制分别提高了38.56%,22.92%和13.5%。     

Design and performance test of a two-axis fast steering mirror driven by piezoelectric actuators

A novel design of a two-axis fast steering mirror (FSM) with piezoelectric actuators is proposed for incoherent laser beam combination. The mechanical performance of the FSM is tested. The results show that the tilting range of the mirror is about 4 mrad, and the 1st-order resonance frequency is about 250 Hz. A self-designed grating encoder is taken as the sensor, which ensures the optimal precision of 10 μrad. The novel mechanical design can meet the requirement of engineering in incoherent laser beam combination.     

应用于快速倾斜镜的压电陶瓷驱动电源

压电陶瓷致动器具有体积小、推力大、高频响和分辨率高等特点,广泛应用于精密制造、光学仪器、振动控制等领域。为提高压电陶瓷型快速倾斜镜的控制精度和稳定性,根据压电陶瓷致动器对其驱动电源的要求,设计了一种基于高压运算放大器PA96的驱动电源。介绍了该电源电路的基本原理,并对放大器的外围电路进行了稳定性设计。最后通过实验测试表明,该电源线性度大于99%、静态纹波小于10mV、动态性能稳定,能够达到自适应光学系统中快速倾斜镜的控制要求。     

空间相机快速反射镜的结构轻量化设计

针对空间相机快速反射镜的工作条件和工作要求,提出了快速反射镜的结构轻量化设计方案。以100 mm口径圆形反射镜为研究对象,设计了利用加强筋减重的反射镜轻量化结构,并提出了基于镜面抗弯刚度等效的等效标准圆镜厚度的计算方法;分别设计了基于镶嵌体结构的背部三点支撑方案和背部中心支撑方案,有限元对比分析的结果表明,采用背部中心支撑方案可以避免镜座与反射镜之间因温度变形不协调引起的多个支撑点相互干涉,镜面面形精度较高,并且由于结构简单,其摆动组件的总质量更轻;为了进一步提高快速反射镜结构的综合性能,同时以摆动组件的总质量及镜面面形的均方根值为优化目标,对背部中心支撑方案下快速反射镜的主要结构参数进行了多目标优化,优化结果显示,加强筋的高度和镶嵌体的壁厚对结构综合性能的贡献最大;最终优化方案下快速反射镜的摆动组件总质量仅为95.75 g,结构的一阶谐振频率为217 Hz,在-8℃温度载荷的作用下,镜面面形的RMS为7.26 nm,满足设计要求的同时,反射镜实现了40.4%的轻量化率。     

快速反射镜研究现状及未来发展

针对某红外搜索系统快速反射镜设计需求,研究基于十字簧片传动结构与音圈致动器的快速反射镜机电联合仿真技术。建立快速反射镜的机电参数化模型,采用有限元分析法构建柔性结构传动刚度模型,同时建立音圈制动器的电磁驱动模型,并进行关键参数的迭代设计确定最优参数;以Matlab/Simulink为联合仿真平台,建立反射镜动力学仿真接口与电磁驱动仿真接口,结合经典控制模型实现对反射镜机构的联合仿真,并获得系统动态响应的仿真结果。最后通过实验测试验证50 Hz成像周期下回扫补偿残差与相位滞后,其中实测回扫补偿残差0.0365 mrad,相位滞后2.6 ms,虽然高于仿真分析结果但能够满足工程应用的需求;并对系统的开环频响曲线进行对比,中低频幅值响应误差不超过10%。仿真和实验结果表明,该联合仿真技术对于快速反射镜的设计与优化具有重要的理论指导意义。     

快速反射镜控制回路设计与仿真

简要介绍了快速反射镜的工作原理,针对存在的问题提出采用优化结构布局的解决方法,理论推导了优化布局后的伺服机构传递函数,并据此传递函数设计了控制回路,提出了宽带宽校正网络的设计原则,为抑制伺服机构的低频振荡模式在回路中串接陷波器加以抑制;通过在控制回路中串接解算网络的方法降低多输入多输出控制系统设计的难度。建立了快速反射镜的系统仿真模型,通过系统仿真验证上述方法的可行性;在理论分析的基础上搭建实验平台,通过对实验平台施加不同的激励信号,对快速反射镜的性能参数进行测试,验证了理论模型的准确性。     

巨磁致伸缩快速转向反射镜及其谐振频率

快速转向反射镜(FSM)广泛应用于激光束稳定系统、空间光通信系统等领域。采用巨磁致伸缩驱动器(GMA)作为FSM的驱动元件,并对其预压和传动机构进行了一体化优化,设计了一种新型的膜片式柔性上端盖作为预压力施加装置,使其结构更加紧凑的同时增强了位移径向约束;FSM采用四驱动器双驱动轴结构,应用柔性轴方案,对其整体结构进行了优化设计以提高系统谐振频率。建立了FSM有限元模型,对其进行模态分析得到了系统一阶谐振频率及模态振型。对所研制的FSM进行了性能测试,结果表明:系统镜面转角达到±3′,一阶机械谐振频率达到450 Hz,模态分析数值与实验值的误差小于10%。     

快速反射镜扰动信号的模糊补偿控制

为了抑制扰动信号对快速反射镜系统输出性能的影响,保证快速反射镜结构特性改变后控制系统抑制扰动信号的能力,提出了一种对扰动信号进行模糊补偿的复合控制系统。系统中,模糊控制环节的输出参数同时用于整定PID控制参数和前馈环节控制参数,补偿系统因扰动造成的偏差,控制系统不需要增加额外的传感器,不会增加硬件系统的复杂性。利用频域分析方法,设计PID控制器的控制参数,进而设计模糊控制的规则。最后,对这种控制系统进行了仿真实验分析,结果表明:快速反射镜的结构参数变化前后,扰动模糊补偿控制系统对系统中的扰动信号均具有较高的抑制能力。     

激光通信APT系统中快速反射镜研究

快速反射镜(FSM) 凭借其高精度、高带宽、高分辨率等优点,已经成为激光通信中捕获、瞄准和跟踪(APT)系统的关键组成部分。本文介绍了国内外研究机构所研制多种类型FSM。首先介绍国内外FSM的发展历程和研究重点,然后,对FSM的支撑类型、驱动类型和各种位置检测元件的选择及设计进行了讨论,得到不同的支撑结构、驱动类型和位置检测元件对FSM各性能指标的影响趋势。最后,通过对各种类型FSM进行归纳总结,提出了激光通信APT系统中FSM向大行程、高精度和高带宽等方向的发展趋势。     

基于超磁致伸缩材料的高速倾斜镜的设计与应用

在目标跟踪系统中,由于大气湍流的影响导致光波振幅和相位起伏。为了提高跟踪性能,降低大气湍流造成的光斑倾斜成为了首要目标,而高速倾斜镜（FSM）则是达成这一目标的关键器件。文中介绍的高速倾斜镜利用超磁致伸缩材料（GMM）作为位移驱动元件,通过线圈的电流产生磁场控制材料的伸缩,从而驱动倾斜镜的偏转。该倾斜镜已经被应用于激光大气传输倾斜校正系统中,使湍流造成的倾斜减少了90%,光斑稳定度和光斑质量得到了明显提高。