基于DSP的自适应桁架振动控制器设计

重量轻、功耗低、处理能力强的控制器对自适应桁架的空间应用具有重要意义。本文以自适应桁架空间应用为背景,进行了控制器的小型化设计。以DSP芯片TMS320VC33为核心,实现了自适应桁架振动控制器硬件,并开发了相应的控制程序。采用4阶线性二次型高斯(LQG)离散控制模型,在自适应桁架实验平台上进行了振动抑制实验。实验表明,以DSP为核心的小型化控制器能够实现对自适应桁架振动的有效抑制,达到了与dSPACE控制器相同的控制效果。     

智能天线结构模糊自适应变形控制实验研究

基于dSPACE半物理仿真系统和所研制的压电作动器,设计并构建了智能天线结构实验平台,进行了结构变形控制实验研究。实验中采用常规PID作为基本控制方法,并在此基础上设计了一种模糊自适应PID控制器,将两种方法对应的不同控制效果进行了对比。结果表明:在所给的实验条件下,基于压电材料可实现对智能天线结构变形的控制,作动器控制变形量最大可达166μm;两种控制方法均可对结构变形进行控制,模糊自适应方法的绝对位置控制精度达到±0.5μm;应用模糊自适应PID控制方法对结构进行变形控制,较之常规PID控制方法能够降低系统响应的超调量,缩短稳定时间,提高控制精度,得到更好的控制过程。     

基于自适应动力吸振器的空间桁架结构振动抑制研究

航天器中使用的轻质桁架结构在受到扰动时会产生振动,从而影响设备正常工作。为解决这一问题,本文提出一种附加在结构上的主动动力吸振装置,利用电磁力推动质量块产生的反作用力作为主动力施加在被控结构上,抑制结构振动。主动控制算法采用自适应逆扰动抑制算法,对空间环境下的结构参数变化具有一定的自适应调节能力。为验证算法的有效性,建立了桁架-吸振器系统的动力学模型,对无吸振器和有吸振器时的被动和主动吸振模式进行了仿真对比。最后在三棱柱桁架结构中进行了振动主动控制实验。结果显示在主动模式下桁架振动振幅衰减可达90%以上。
     

空间智能桁架自适应模糊振动控制

研究了一种基于自适应模糊控制器的空间智能桁架振动控制方法。在考虑剩余模态影响的条件下建立了空间智能桁架的独立模态空间振动控制方程,并对自适应模糊控制器作改进,证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明:该自适应模糊控制器可有效抑制桁架振动,控制效果明显优于传统模糊控制,同时能抑制控制溢出和观测溢出。     

基于Matlab/dSPACE的无刷直流电机双闭环控制实时仿真

永磁无刷直流电机(Brushless DC Motor,以下简称BLDCM)的控制算法一般采用嵌入式软件编程的方法实现,其开发过程复杂,代码编写工作繁重,在电机控制器研制初期不利于提前进行控制算法的研究。基于Matlab/Simulink开发的dSPACE实时仿真平台,无需代码编写,实时性好,控制算法开发周期短,能够很好的用于BLDCM控制原理的理解和控制算法的仿真研究。通过BLDCM的在线实时仿真,介绍了基于dSPACE的半实物仿真技术,建立了基于BLDCM双闭环控制的仿真模型,利用ControlDesk软件进行了在线参数调试,实现了双闭环控制模型快速控制原型验证(RCP)。通过BLDCM的实时仿真,验证了BLDCM双闭环控制方法的正确性,实时仿真结果与理论分析一致性较好,电机转速控制稳态和动态性能较好,为BLDCM的控制算法提供研制依据,体现了Matlab/dSPACE仿真平台在控制器算法设计中的优越性。     

玻璃熔窑无模型自适应控制系统的设计

无模型自适应(MFA)控制是一种新型的自动控制理论和技术,它不需要过程模型,是解决复杂的工业过程控制有效的方法。玻璃熔窑是一种典型的工业窑炉,玻璃融化是一个复杂的过程,目前广泛采用的控制算法是PID控制器。本文提出一种基于MFA控制器的玻璃熔窑控制系统,取代传统的PID控制方法。在MATLAB环境下建立系统的仿真模型,仿真结果表明,该控制器能够更好地实现控制玻璃熔窑的控制,在一定程度上克服了传统的算法的缺点。     

共轴双旋翼飞行器建模及纵向姿态控制优化

基于共轴双旋翼飞行器六自由度模型及其自身结构特点,建立了相关的动力学模型,并以该飞行器的纵向姿态控制为例,提出了一种带自动修正因子的Fuzzy-PID自适应优化方法。利用Matlab/Simulink搭建了共轴双旋翼飞行器纵向姿态控制系统模型并进行仿真,与传统PID控制和常规Fuzzy-PID控制进行了对比。实验仿真结果表明,该控制方法能够改善系统的静动态特性,具有较好的自适应能力。     

基于自适应幂次切换增益的动能拦截滑模制导律

抖振问题限制了非线性变结构制导的应用。运用幂函数作为切换增益函数并设计全局鲁棒的滑模,构成自适应趋近律,实现切换线平滑趋近,形成基于自适应幂次切换增益的滑模制导律AP-SMG。给出其存在可达与稳定条件,并对空间目标的非机动和脉冲/连续机动环境作了仿真比较与参数分析。结果表明该制导律在动能拦截中可以有效削弱甚至消除视线角速率和控制律抖振,降低所需控制能量的同时能够保证制导精度,构造简单,无需智能结构辅助,总体性能优于基于常值切换增益的系列制导方法C-SMG。     

大型空间电站在轨展开与组装动力学与控制

针对大型空间电站在轨展开与组装过程中复杂的动力学环境，将桁架类大型空间电站视为一个刚柔多体系统，采用自然坐标法对刚性构件建模，基于绝对节点坐标方法描述柔性桁架结构，编写了一套动力学仿真软件，实现了大型空间电站在轨展开与组装动力学的精确仿真。仿真结果表明，采用摆线运动插值函数作为控制方程有利于提高多级展开过程的稳定性；在结构组装过程中，减小组装速度，增大组装机构阻尼系数与劲度系数，有利于提高结构稳定性。最终集成了一套针对大型空间电站的动力学仿真平台搭建方法，为大型空间电站在轨展开与组装动力学预示提供了理论依据和方法指导。     

面向结构动静态变形控制的作动器综合优化配置研究

针对航天器柔性结构动态和静态变形控制的作动器布局关键问题,提出了一种综合优化配置方法.首先,基于有限元分析方法建立结构和压电作动器的模型.然后,基于可控Gramian矩阵提出了一种新的动态变形控制准则,并以形面均方根误差(RMSE)作为静态变形控制的优化准则.改进NSGA-II遗传算法的交叉和变异算子,以动/静态变形控制准则为目标,获得作动器综合优化配置Pareto最优解集.最后,提出归一化加权方法进行最优解集的综合筛选.最后,文章以一大型抛物柱面天线的支撑桁架为例,通过仿真验证了综合优化配置方法的优越性,其优化配置结果兼顾了动态变形控制和静态变形控制的性能.     

基于dSPACE的挠性卫星姿轨控实时仿真系统

以某在研挠性卫星星载计算机在回路中的仿真试验为背景 ,利用dSPACE多处理器系统构建了卫星姿轨控实时仿真系统。介绍了实现该系统的软、硬件构成。重点介绍了实现该实时系统的关键———如何用dSPACEDS4 2 0 1s板上的RS2 32 / 42 2串口模拟星载计算机与各路姿态敏感器、反作用飞轮串口之间的复杂通信及串口通信Simulink仿真模型的设计。本文用Simulink ,Stateflow和S函数混合建模方法 ,设计了该实时系统的串口通信接口模型。并以星上自主模式为例进行了实时仿真。仿真结果证明了本文设计的卫星姿轨控实时仿真系统的可行性和串口通信接口模型设计的有效性。     

多自由度微振动环境时域波形复现的数值仿真

为满足航天器微振动环境模拟的需要,开展了多自由度微振动时域波形复现控制方法研究。首先,介绍了基于时域波形复现的多自由度微振动环境模拟控制理论方法。其次,针对六自由度微振动激励系统,应用MATLAB软件建立了基于实测传递函数矩阵的多输入多输出微振动激励仿真系统,针对微振动时域波形复现闭环控制过程进行了算法编程,并给出了仿真的闭环控制流程图。最后,通过算例对多自由度微振动时域波形复现进行了数值仿真,以给定的白噪声为输入,模拟对实际存在的系统非线性、测量误差等影响因素的控制效果。仿真结果验证了多自由度微振动时域波形复现控制方法的可行性及有效性,所得结论可以为研究多自由度微振动时域波形复现控制系统提供参考。     

卫星大挠性桁架结构振动抑制试验研究

研究大型挠性空间桁架结构(LFST)的振动抑制问题.基于LFST特性,设计一套空间桁架试验系统.针对LFST具有大挠性、低刚度和低阻尼等特性,设计并研制一种圆柱式剪切型粘弹性阻尼器,给出具有粘弹性阻尼器的桁架阻尼杆的动力学模型.分别利用有限元方法和试验分析方法,对空间桁架的模态频率、模态阻尼比以及瞬态激励响应进行仿真和试验分析.结果表明应用这种阻尼器,桁架结构系统的第一阶模态阻尼比从0.49%增大到13.1%,其他各阶模态阻尼比也都有所增加.     

Dynamics and control of variable-geometry truss structures

Variable-geometry truss structures are likely to be used extensively in the future for in-orbit space construction. This paper considers dynamics formulation and vibration control of such structures. The truss system is modelled as a collection of sub-structures consisting of truss booms, prismatic actuator elements, and in some cases a manipulator at the end. Each truss boom is treated as a separate ‘link’ and its flexibility is modelled using the finite element method. Equations of motion for individual sub-structures are obtained which are then assembled. The non-working constraint forces are eliminated to obtain the equations governing the constrained dynamics of the entire system. For vibration control, the singular perturbation method is employed to construct two reduced-order models, for quasi-static motion and for modal co-ordinates, respectively. Computed torque with PD control is applied to maintain the quasi-static motion, while an optimal LQR method is used for vibration control. Typical simulation results are presented for the planar case.     

空间智能桁架模糊振动控制研究

研究了模糊控制应用于多输入、多输出的空间智能桁架系统的振动控制.首先建立空间智能桁架的有限元方程,在此基础上,设计了一个标准的模糊控制器,并通过选择合适的量化因子将该标准模糊控制器应用于每一对同位布置的作动器/传感器,各个控制器之间独立工作.这样就避免了设计MIMO模糊控制器带来的复杂问题.最后针对空间智能桁架进行仿真,结果表明,设计的模糊控制器可以有效抑制桁架的振动,并且具有结构简单、鲁棒性强、抑制控制溢出的优点.     

基于dSPACE的飞行器控制半实物仿真系统快速搭建

针对半实物仿真大数据量传输和仿真系统快速开发的问题,利用dSPACE系统构建了飞行器控制半实物仿真系统,介绍了系统的硬件构成及关键技术。采用DS4201s板卡的串口模块与转台控制机进行通信,三轴转台和惯测单元7200组合完成三轴角速率的模拟,利用232串口实现了加速度信息的发送,解决了执行机构反馈电压的采集和A/D转换问题,利用simulink的RTW功能完成飞控程序向DSP芯片的下载。各硬件设备的仿真结果表明控制系统具备闭环仿真能力,且新增硬件设备能快速加入仿真闭环,达到了快速开发半实物仿真系统的目的。〖JP〗
     

基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真与试验验证

为提高卫星桁架结构设计过程的仿真建模质量,优化仿真过程对三维模型信息的利用方式和效率,文章提出一种基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真方法,并给出分别采用梁单元和壳单元建模的路径及软件界面。将该方法应用于某卫星结构的仿真建模,得到了三维有限元模型模态分析数据,其与力学试验数据的对比结果表明:横向模态分析与试验误差最大,为6.07%;各方向误差均满足指标要求。基于CAD三维模型几何特征简化处理的卫星桁架结构快速建模仿真方法合理可行,建模过程便捷、高效,数据可信。     

桁架结构阻尼控制的绝对值模态应变能法

本文阐述了近似求解复特性值问题模态阻尼比的模态应变能法（ＭＳＥ）和绝对值模态应变能法（ＡＶＭＳＥ），分别用两种方法计算了空间桁架结构应用粘弹性阻尼器进行阻尼控制时结构的模态阻尼比。完成了空间桁架结构模型的粘弹性阻尼控制实验。理论分析与实验结果比较显示，当结构中粘弹性的成分较大时，ＡＶＭＳＥ对复特征值问题中模态阻尼比的近似计算给出更准确的结果。     

反演法在导弹非线性控制系统设计中的应用

反演控制方法是非线性控制领域的一种新方法,可以有效解决系统的非线性、耦合性和不确定性。本文在三维空间六自由度非线性导弹系统模型的基础上设计了俯仰、偏航、滚转三通道控制系统,并针对空气动力学参数的不确定性进行了系统鲁棒性分析。仿真结果表明反演控制是一种非常有效的非线性控制方法,并具有较强的鲁棒性。