拟人智能控制三级倒立摆机理的研究

从杂技顶杆演艺的机理出发,采用相平面分析法并结合人的控制经验,阐述一种比较直观的定性分析与定量估算相结合的拟人智能控制倒立摆方法,从而形成一级倒立摆的控制规律.在引入"等效小车"概念的基础上,易将一级倒立摆系统的分析方法推广到二级、三级(甚至更多级)倒立摆系统的分析.理论分析与实测结果是一致的,从而表明相平面这种定性的分析方法分析倒立摆是可行的.      

适于时变幅值分析的直升机黏弹减摆器模型

针对现有适于宽幅值范围的黏弹减摆器模型一般含有动幅值参量,不便用于幅值变化的直升机旋翼/机体耦合动稳定性时域分析的问题,给出了小摆振阻尼比时,黏弹减摆器在单频及双频条件下动幅值参量的计算方法,运用该方法计算系统在收敛、中性稳定及发散3种情况下的幅值曲线,较好地反映了响应幅值在时域上的变化趋势。将改进的黏弹减摆器模型用于直升机地面共振非线性时域分析,为准确获取旋翼摆振后退型响应,给出了所需桨叶激振力矩的计算方法,在不同转速不同复模量状态下,采用该方法确定的激振力矩对桨叶进行激振激出的响应幅值与预期值误差不超过6%。对摆振后退型响应进行分析可知,系统稳定时,与线性化结果相比,计入黏弹减摆器非线性后,旋翼摆振后退型响应衰减更快,其模态阻尼在时域上呈增加趋势。      

再谈“三线摆的摆动周期”

在“三线摆的摆动周期”一文中叙述了长摆线三线摆(当L>10R时)的摆动周期,当它以小角度摆动时,其摆动周期是简谐振荡的周期;当它以大角度摆动时,其摆动周期是简谐振荡周期乘一个第一类椭圆积分修正系数。对于短摆线三线摆(当L<10R时)的摆动周期不完全遵从上述变化规律,即当它以小角度摆动时,其摆动周期仍是简谐振荡的周期,当它以大角度摆动时,其摆动周期不能用第一类椭圆积分进行修正。为此本文谈谈短摆线三线摆的摆动周期问题,与有关同志商讨,可能有错误,望指正。     

一般三线摆的振动特点

阐述了一般 (不对称 )三线摆的结构原理 ,并根据动量矩原理推导了其微角及大角摆动周期的近似表达式。同时还说明了一般三线摆的重要性质及优点。利用此摆可测量不规则小型物体绕某指定轴的转动惯量 ,而且不需要任何专用夹具。当 Lmin>2 0Rmax及 φ0 <2 0°角时 ,其测量准确度优于 5 %。     

考虑燃料晃动效应的航天器自适应滑模姿态控制

针对一类带有球形储液箱的航天器,在将其等效为单摆模型的基础上,分析了系统方程的特点,将系统的状态变量分为两部分,并考虑到在航天器机动过程中燃料消耗作用的影响,导致系统方程中的三个重要参数发生变化.基于以上原因,设计了一种自适应分层滑模控制器,采用李雅普诺夫函数法求取自适应控制律和总的控制量,保证闭环系统的稳定性.最后通过仿真验证这种控制器设计不仅可以使系统姿态在短期时间之内达到稳态,还同时抑制了液体晃动产生的影响.     

被动式陀螺转子惯性矩的测定

介绍了对称式三线摆与不对称式双线摆的工作原理及其微角和大角摆动周期的近似解法 ,同时说明了这两种摆的特点。利用这两种摆测量不规则转子或构件绕轴向和绕径向的惯性矩 ,既方便又准确。若采用长摆线 ,当摆角 φ0 <4 0°时 ,测量准确度优于 1%。     

一种基于串联解耦的陀螺飞轮摆角控制方法

陀螺飞轮通过挠性支撑的动量轮转子加减速及侧向摆动实现三轴控制力矩输出,飞轮转子两维侧摆伺服系统是实现三轴力矩输出功能的关键.高速转子两维侧摆运动存在强耦合,采用常规的PID控制器无法实现两通道独立输出控制力矩.给出了一种解耦控制方法,通过串联解耦矩阵实现两维摆角解耦控制,并通过实时计算解耦矩阵系数解决解耦矩阵随飞轮转子转速时变的问题.数值仿真结果验证了这种解耦控制方法的有效性.     

基于自适应LMS算法的空间光束快速精扫描跟踪控制方法

针对空间精密光学领域与国防应用对高精度快速光束控制的需求，给出自适应最小均方（LMS）算法对压电快摆镜进行光束扫描跟踪控制。首先描述了自适应LMS控制算法及快摆镜模型辨识方法，随后仿真分析了不同频率及迭代步长对自适应LMS算法跟踪控制的影响，最后采用自适应LMS算法进行了压电快摆镜辨识及扫描跟踪控制实验。实验结果表明，自适应LMS算法对2Hz、10Hz及其复合谐波信号扫描的跟踪误差分别为2.5%(3σ)、1.9%(3σ)和2.4%(3σ)，控制效果均优于PI控制算法。这种自适应LMS算法能有效跟踪多频扫描信号，为高精度空间光束快速扫描跟踪提供了一种可靠的技术手段。     

小型弹体转动惯量的测定

阐述了对称式三线摆的结构原理及该摆微角与大角摆动周期的计算方法 ,利用此摆可以测量构件的转动惯量。当 RL <130 、φ0 <6 0°时 ,该装置的测量准确度优于 1%。     

倒立摆系统的运动模态分析

提出倒立摆系统在受控稳定状态下的运动模态概念.通过对倒立摆系统物理结构的分析,归纳出由单电机控制的单倒立摆、二级倒立摆和三级倒立摆系统在受控稳定状态下可能出现的主要运动模态.在以数控方式实现由单电机成功控制单倒立摆、二级倒立摆和三级倒立摆系统稳定的基础上,分析控制倒立摆系统稳定的控制律反馈增益系数与系统稳定运动模态之间存在的关系.在实验中成功实现在线改变倒立摆系统的运动模态.     

三线摆水平隔振器原理与应用

针对一种三线摆水平隔振器,首先在某一特定方向上建立了以摆动角θ为广义坐标的拉格朗日方程.在某一摆动角下,将立体图形投影到一个平面上,通过几何关系的求解,将方程中所有变量转化为广义坐标θ的函数,得到了机构水平摆动固有频率的表达式.然后根据表达式分析了机构结构参数对机构水平摆动固有频率的影响.利用MATLAB得到一些仿真结果,通过分析得知增大负载支撑高度可以降低机构固有频率,但同时会增加机构的高度.而在保证机构稳定的前提下,根据整体设备的高度要求,通过增大固定盘与摆动盘直径比、减小固定盘与摆动盘距离和支撑高度之比,可以达到降低固有频率而不过分增加机构高度的目的.     

考虑摆线拉伸效应的三线摆测量转动惯量方法的研究

三线摆法是测量转动惯量的常用方法,然而关于该方法的讨论多基于小摆角假设和摆线无弹性变形的假设。通过分析对称式三线摆的运动与受力情况,建立了完整的、可描述包括大摆角和摆线弹性拉伸变形等情形的对称式三线摆运动微分方程。利用该方程,可以定量地研究上述两种假设对实际测量的精度所带来的影响。     

一种非线性鲁棒PID控制器设计方法

针对一类非线性不确定系统,提出了一种基于PID(比例-积分-微分)控制的鲁棒控制方法.整个控制器由PID控制器和一个鲁棒补偿器构成.首先,基于系统的标称模型设计PID控制器;然后在PID控制的基础上,设计一个辅助鲁棒补偿器,用于补偿系统非线性、参数摄动和外界扰动等对系统控制性能的影响.补偿器的设计基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论进行,从而保证了闭环系统的鲁棒稳定.采用该方法对倒立摆跟踪问题进行了仿真控制,仿真结果验证了设计方案的有效性.     

一类非线性系统的鲁棒拟人智能控制

针对一类非线性不确定系统,结合二级倒立摆控制系统设计作为实例,提出一种鲁棒拟人智能控制器设计方法.首先,基于被控对象的物理模型设计拟人定性控制律,采用优化搜索算法得到标称系统的定量控制律;然后在拟人控制律基础上增加一个鲁棒补偿器,用以抑制模型不确定性部分对系统稳定的不利影响、提高系统的鲁棒性.补偿器的设计根据Lyapunov稳定性理论进行,但设计过程中避免了构造具体的Lyapunov函数这一难题.对二级倒立摆系统的稳定控制问题进行了实验验证,实验结果进一步证明了设计方案的有效性.      

软管锥套式空中加油系统建模与特性分析

针对自主空中加油研究中软管锥套运动模型过于简化,现有建模方法又存在成本高、计算量大、软管长度恒定等缺陷的问题,根据集中参数法原理,提出了一种长度可变的多级串联理想单摆系软管锥套运动模型.同时考虑软管收放、加油机牵连运动、重力、定常流、大气扰动、加油机尾流等内外部因素,推导了迭代形式的变长度软管锥套三维运动方程.由摆长约束导出了求解软管拉力的代数线性方程组,进而给出了模型稳定性证明和适用条件.通过数值仿真,测试了锥套阻力、平衡位置、软管收放等稳态特性,分析了加油机滚转运动、尾涡流场对软管锥套的动态影响以及软管甩鞭现象的产生机理.数值仿真结果验证了所建模型的有效性.      

空间绳系拖拽系统摆动特性与平稳控制

考虑了任务星与废星的姿态运动以及系统组合体的面内外姿态运动,建立了绳系拖拽离轨系统动力学与控制模型,以切向常值推力下绳系拖拽轨道转移为任务过程,分析了任务星在喷气和零动量轮的限制姿态反馈控制条件下飞行时,废星姿态摆动、系统组合体面内外摆动和任务星姿态运动的规律及相互影响关系。采用留位和阻尼控制相结合的系绳张力复合控制方法,并结合任务星姿态控制,确保绳系拖拽转移安全平稳进行。仿真结果表明:常值推力下绳系拖拽轨道转移时,牵挂点偏置诱发的废星姿态周期性摆动会激发绳系组合体的面内外同频率高阶摆动,星体姿态运动是任务星姿态扰动力矩产生的主要因素;采用张力复合控制可有效消除废星姿态摆动并保持星间相对距离,结合任务星姿态控制,可实现离轨过程的平稳与安全,大幅减少任务星的姿控能耗。      

碳纤维增强复合材料冲击断裂分析

对碳纤维增强复合材料带缺口试样进行了冲击断裂的试验研究。利用冲击摆锤试验,测定了冲击力、冲击点位移以及能量转换的瞬态值。试验表明,纤维沿土45°铺层优于0°铺层,具有较好的抗冲击能力。同时采用有限元和工程梁方法对试件分层剥离过程的应力、位移场及冲击能进行了分析,并探讨了碳纤维增强复合材料的断裂机理。