航空摄影陀螺稳定平台的嵌入式计算机控制系统

针对航空摄影陀螺稳定平台的特殊要求，论证了嵌入式控制模型，采用数据流程图对系统软件进行了分析，设计了应用于陀螺稳定平台的计算机控制系统。系统试验和飞行试用结果表明：该计算机控制系统具有功能强，可靠性高的特点。陀螺稳定平台已成功地应用于航空摄影领域。     

一种自适应模糊PID复合控制在液压仿真转台中的应用

针对液压仿真转台伺服系统的非线性特点，提出了一种模糊控制与局部积分控制相结合的复合控制方式。当系统的偏差较大时主要采用模糊控制器对系统的偏差进行快速调节以加快系统的响应过程；当系统的偏差小于某一值时，加入积分控制以保证系统的精度。为了提高模糊控制器的性能，采用了规则可调整的模糊控制器。实验结果表明：该方法能有效地克服液压伺服系统的非线性和参数的不稳定性以及外部干扰对系统的影响，具有较高的控制精度和鲁棒性能，完全适合于液压仿真转台伺服系统的控制。     

模糊-线性双模控制在平台稳定回路中的应用

为了克服单闭环系统平台稳定回路在抗干扰性能方面的欠缺,引入速度反馈的双闭环控制。在此基础上,通过多种模糊控制方法的仿真、分析、比较,采用模糊-线性双模控制方案对系统进行校正,模糊-线性双模控制的速度环以及位置环的线性控制器结构都与线性双闭环控制的相同,位置环的模糊控制器为修正因子自调整无量化模糊控制器,利用输出强度系数实现两种控制的平滑过渡,克服了常规模糊-线性双模控制器的切换点选择困难,在误差较大时,模糊控制器起主要作用,以提高系统的动态特性;误差较小时,PID控制器起主要作用,使线性控制和模糊控制的输出实现了平滑过渡,使系统在速度、精度尤其抗干扰能力方面均有良好的效果。     

三轴陀螺稳定平台控制系统设计与实现

针对高精度光电导引系统快速隔离扰动、稳定视轴的要求，设计了以速率陀螺为核心构成的三轴陀螺稳定平台。结合某型号电视导引头设计过程，详细介绍了该三轴陀螺稳定平台的结构组成、主要元器件选型，以及软硬件实现。分析了陀螺稳定平台的隔离扰动原理，设计了多闭环复合控制结构，给出了系统各组成部分的模型，合理简化后建立了系统数学模型，并按照频域分析法设计了控制算法。对于陀螺信号噪声问题，设计了小波阈值滤波方法，有效地消除了反馈信号的噪声，提高了系统控制精度。整机测试表明，该陀螺稳定平台满足了导引头系统设计指标要求，具有较高的跟踪精度；能够在实验室条件下，进行多种电视跟踪模拟实验，为实际设备的研制提供了真实有效的数据。     

调宽控制平台稳定系统对陀螺漂移影响的研究

介绍了在平台式惯导系统中,由脉冲调宽加矩方式控制的惯性稳定平台的角振动对陀螺漂移的因素,通过对平台稳定系统的动态仿真,得出了它螺漂移与采用脉宽调制工作的稳定回路参数之间的关系,为惯性平台稳定回路的设计提供重要的数据依据。     

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%。     

基于激光陀螺的稳定平台控制

针对舰载双轴稳定平台的控制技术研究,选用四频激光陀螺作为惯性角传感器,通过扫频辨识出控制对象的传递函数,再利用滞后型频率特性补偿器进行频率校正,设计出了速度与位置双闭环的伺服稳定控制系统。对设计的双轴激光陀螺稳定平台系统进行了仿真计算和实验测量,仿真与实验结果比较一致,主要参数为:设计的稳定平台控制系统静态力矩刚度达到了7.852×107 N.m/rad,阶跃响应的上升时间为30 ms,调整时间为150 ms,超调量为12%;当载体基座以幅值为17.661°、频率为0.437 Hz的正弦角速度扰动时,速度环稳定误差优于±0.05(°)/s,位置环稳定误差优于±3″。     

光电稳定平台中陀螺随机漂移的处理方法

在详细分析陀螺随机漂移对光电稳定平台精度影响的基础上,提出了Allan方差与功率谱相结合的分 析和评价标准,采用了时间序列分析法进行建模.针对光电稳定平台不同的应用环境,分别比较了陀螺随机漂移的处理方法.实验证明,前向线性滤波在中高频段的噪声滤除方面,要优于低通滤波器;同时在保留低频段的有用信号和了解噪声特性方面,要优于卡尔曼滤波:而且在实时的在线应用方面,要优于小波滤波.结果表明:前向线性滤波适合于高带宽光电稳定平台系统的实时在线应用.     

惯性平台稳定回路单神经元自校正PID控制

为了与新型高精度惯性平台相匹配,解决传统PID控制的稳定回路抗干扰性能不高的问题,利用神经网络具有自学习、自组织、联想记忆和并行处理等功能以及对于复杂系统控制可以达到满意效果的优势,设计了单神经元自校正PID控制器。这种控制器不但结构简单,而且适应环境变化,有较强的鲁棒性。设计中分别采用了无监督和有监督的Hebb学习算法以及改进的Hebb学习算法对系统进行控制。MATLAB仿真结果表明,单神经元自校正PID控制器在很多指标上均优于传统PID控制器,特别是其超调量,动态性能以及对干扰的抑制能力,是一种应用在实际平台系统中理想的控制器。     

一种速率积分半球谐振陀螺自校准方法

速率积分模式下半球谐振陀螺具备大测量范围、高带宽及极佳的标度因数等优良特性,但阻尼不均匀及其随温度、老化等的变化导致的驻波周向漂移及其不稳定性限制了速率积分半球谐振陀螺的工程应用。为减小这种驻波周向漂移的影响,基于半球谐振陀螺的二维振动模型和控制模型,通过驻波角周期性自进动与频率调制结合的自校准方法实现了模型参数的实时辨识、周向漂移的实时补偿及载体转速的实时解算。自校准速率积分半球谐振陀螺实测20小时的数据表明,启动2小时后,从0时刻开始的平均零偏为0.06°/h,10小时后稳定在0.018°/h以内,零偏不受周向漂移影响,陀螺的长时工作精度得到了大幅提高。     

航空遥感三轴惯性稳定平台双速度环控制

航空遥感三轴惯性稳定平台用于稳定成像载荷,获取高分辨率的遥感数据。针对惯性稳定平台视轴稳定控制中单速度环对干扰力矩抑制的不足,提出采用以编码器进行数字测速构成速度内环、利用速率陀螺构成速度外环的双速度环复合控制方案,将稳定回路抗内部干扰功能和隔离外界干扰功能分开设计实现,以提高系统稳定精度。分别对单速度环和双速度环对扰动的抑制能力进行了理论分析和对比,并在理论分析基础上,对单速度环和双速度环的扰动抑制能力进行了Matlab仿真分析和实验验证。结果表明：与单速度环相比,双速度环可明显减小质量偏心、摩擦等主要内部干扰以及外部基座低频扰动造成的稳态误差,静基座摇摆伺服稳定角速度RMS值减小了52.3%,静基座调平姿态精度RMS值减小了22.1%,动基座调平姿态精度RMS值减小了37.4%。     

一种新型稳定平台伺服控制系统

深入研究了三自由度并串联混合机构稳定平台,设计了一个非线性自适应控制器。考虑到实际系统工作中存在摩擦、负载扰动和动力学参数误差,分离出动力学模型中的未建模动力学参数、摩擦力参数和负载扰动,建立了关于待辨识参数的线性动力学模型。运用Lyapunov方法设计了一个非线性自适应控制器。构建了并串联光电稳定平台伺服系统实验平台。分别将所设计的控制器与计算力矩控制器分别在高速和低速扰动情况进行了实验,实验表明所提出非线性自适应控制器在低速0.006(°)/s时,跟踪精度分别为滚转轴0.071°、俯仰轴0.064°、偏转轴0.038°,在20(°)/s高速状态下,跟踪精度分别为滚转轴0.045°、俯仰轴0.042°、偏转轴0.029°,其控制效果明显好于传统控制。     

一种半球谐振陀螺振幅控制方法

振幅控制是半球谐振陀螺正常工作的基础,同时振幅控制的稳定性也直接影响陀螺的性能指标.针对半球谐振陀螺振幅控制问题开展研究.首先,推导了驱动力与陀螺振动幅度的传递函数,建立了振幅控制的被控对象模型;其次,提出了一种半球谐振陀螺的起振方法;然后根据已有研究设计了一种半球谐振陀螺振幅控制回路方案,并推导出振幅控制回路的闭环传...     

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。     

Simulation of bluff body stabilized flows with hybrid RANS and PDF method

The motivation of this study is to investigate the turbulence–chemistry interactions by using probability density function (PDF) method. A consistent hybrid Reynolds Averaged Navier–Stokes (RANS)/PDF method is used to simulate the turbulent non-reacting and reacting flows. The joint fluctuating velocity–frequency–composition PDF equation coupled with the Reynolds averaged density, momentum and energy equations are solved on unstructured meshes by the Lagrangian Monte Carlo (MC) method combined with the finite volume (FV) method. The simulation of the axisymmetric bluff body stabilized non-reacting flow fields is presented in this paper. The calculated length of the recirculation zone is in good agreement with the experimental data. Moreover, the significant change of the flow pattern with the increase of the jet-to-coflow momentum flux ratio is well predicted. In addition, comparisons are made between the joint PDF model and two different Reynolds stress models. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (50506028), and Action Scheme for Invigorating Education Towards the twenty-first century.