PI控制在空间相机精密控温上的应用

以某空间相机镜筒作为控制对象,建立了热分析模型,提出了基于积分分离式比例积分(PI)主动热控制的温度控制方法。积分分离式PI算法采用增量式计算、位置式输出,将输出的加热功率值转换为一个控温周期内的加热时间。以相机镜筒的热分析模型为基础,通过Ziegler-nichols参数整定方法获取积分分离式PI算法的比例参数和积分参数,利用热分析软件Thermal Desktop对空间相机镜筒进行了热分析,获取控温算法的控温性能。结果表明:积分分离式PI控制方法响应快,消除了稳态误差,较比例(P)控制具有更好的动、静态特性,适用于有高精度控温需求的主动控温设计。     

高性能无刷直流电机数字稳速控制系统实现

介绍了一种高性能无刷直流（BLDC）电机数字稳速控制系统的实现方案。给出了基于DSPTMS320F2812芯片的系统硬件和软件设计。采用了基于变参的积分分离比例积分（PI）控制方案。模拟环境和实物实验结果表明系统的稳速控制性能理想。     

转台伺服系统的动态滑模控制研究

为削弱转台控制系统中各种干扰力矩的影响,利用滑模控制鲁棒性良好的特点,提出一种动态滑模控制(DSMC)方法。根据转台伺服系统模型,设计了动态滑模控制器,并分析了其稳定性。传统比例积分微分(PID)控制和DSMC在转台系统外加高频干扰力矩时的仿真结果表明:DSMC可更有效地抑制力矩干扰,具更强的鲁棒性,产生的抖振更小。     

一种固冲发动机燃气流量指令形成方法研究

为精确实现发动机推力控制以获得导弹速度大小的高精度控制,对一种固体火箭冲压组合发动机燃气流量指令形成方法进行了研究。采用基于速度反馈的闭环流量控制方法,通过改变发动机推力控制导弹的巡航速度。在固冲发动机工作阶段,建立了包含推力偏量的弹体小扰动线性化数学模型,将导弹速度偏差信号输入比例积分微分(PID)控制器形成燃气流量控制指令,控制固冲发动机的推力变化,达到新的推阻平衡,实现对导弹速度大小的控制。仿真结果表明:该控制策略具工程可行性,燃气流量控制系统有较强的鲁棒性。该方法属于闭环控制,能精确控制导弹飞行速率,在加速段能对导弹加速度进行限幅保护,确保固冲发动机安全。     

真空实验舱数字式压力控制系统设计与验证

针对脉冲等离子体推力器测试所需的容积大于60m3的大型真空实验舱对气压控制的要求,设计了数字式压力控制系统.该控制系统采用旋片泵组和罗茨泵构成两级串联的组合抽气方式对实验舱进行抽真空,具有较高的效率.基于双曲正切函数构建了变增益函数,从而实现对不同压力范围的变增益比例、积分和微分(PID)调节.试验结果表明,这一数字式...     

压电式快速反射镜系统建模与传递函数辨识

为在高精度跟瞄系统中对压电式快速反射镜(PFSM)实现稳定、精确的控制,构建了PFSM系统的传递函数模型,并结合实测的PFSM系统幅频和相频响应特性,使用非线性最小二乘曲线拟合法,针对不同频率特性进行分段拟合,得到了精确的PFSM系统传递函数。与实测结果相比,在中低频段,幅度辨识误差在0.1 dB以内,相位辨识误差小于1°。由此设计的双二阶滤波器和经典比例积分(PI)相结合的控制算法有效降低了机械谐振的影响,使系统的幅值裕度提高了10.94 dB,相位裕度提高了47.2°,开环截止频率提高了181 Hz。结果表明:通过理论推导建立的PFSM模型是合理的,辨识方法具有可行性,且精度很高,为PFSM系统的复杂控制器设计提供了依据。     

基于ESO的用户星天线跟踪指向控制技术

基于独特的非线性扩张状态观测器(ESO),提出了一种用户卫星天线跟踪指向控制系统。该系统由程序跟踪内环和自动跟踪外环组成。内环控制器由三阶ESO、线性比例微分控制律和静态解耦律组成。外环控制器为一简单的积分控制器。ESO能够在不依赖天线模型的情况下估计出系统状态和总扰动(称为扩张状态)。利用该扩张状态实现动态反馈补偿,则天线系统被简化为解耦的积分系统。基于ESO设计天线控制系统,无需精确的用户卫星天线模型。仿真结果表明,提出的天线控制系统具有较高的跟踪指向性能和对干扰和不确定性具有较强的鲁棒性。     

基于FPGA的探测器制冷控制系统优化设计

为了给红外探测器提供稳定可靠的温度环境,文章提出了一种以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心逻辑控制单元的高精度制冷控制系统,与传统以微处理器为核心的制冷控制系统相比,该系统具有运算速度快、可靠性高、电路结构简单等特点。重点介绍了该制冷控制系统的硬件组成、比例—积分—微分(PID)控制算法和正弦脉宽调制(SPWM)波驱动的软件实现,并总结了FPGA电路的优化设计方法。通过优化设计,极大的减小了逻辑资源占用率。试验结果证明,该制冷控制系统能够实现±0.05K的控温精度,控温精度高,跟踪速度快,稳定性和抗干扰能力比较出色。     

基于Lyapunov稳定性理论的导弹电动舵机控制算法研究

基于Lyapunov稳定性理论,提出了导弹电动舵机的一种自适应控制算法。以Lyapunov稳定性判据为前提,保证算法的稳定性。综合自适应控制算法与经典比例积分微分（PID）控制算法,给出了模型参考自适应控制（MRAC）与分离比例积分（PI）复合控制。仿真结果表明：由该控制算法可在考虑舵机铰链力矩等因素变化条件下,获得到良好的输出跟踪性能和鲁棒性。     

一种应用于欠驱动航天器的姿态控制方法研究

对欠驱动航天器的姿态控制进行了研究,设计了一种可适于多种情况的分段解耦控制器,用分段解耦的方法解决了欠驱动控制系统输入输出维数不统一的问题。由动力学方程中的耦合项建立姿态控制系统的状态微分方程。为降低失效轴角速度对系统的影响,先实现控制系统中动力学部分的镇定,再对运动学部分进行解耦。在每个分段中设计了一个比例微分(PD)控制器,设计了角速度镇定、俯仰角镇定、滚动角镇定、俯仰角收敛至π/2、偏航角镇定和三轴稳定六个分段控制器,通过控制器间的逐个切换控制,将状态微分方程中的状态变量逐渐收敛至零,实现欠驱动姿态控制系统的渐进稳定。数学仿真验证了所设计控制算法的有效性。该控制器设计简单,便于工程实现,选取适当的参数后可保证系统状态变量的渐近稳定性。     

基于跟瞄和加表PI滤波近程相对导航方法

针对由于加速度计存在漂移和目标星加速度未知,基于C-W(Clohessey-Whiltshire)方程递推的近程相对导航无法长时间使用的问题,提出了一种基于跟瞄相对测量信息修正相对位置/相对速度误差和估计加表漂移的方法,并给出了比例积分(PI)滤波近程相对导航算法。最后,进行了工程应用方式分析和仿真验证。相对位置误差估计精度优于50 m。仿真结果表明:该方法既能确保相对位置和相对速度输出的连续性,又可抑制跟瞄观测噪声并消除长时间积分累积误差。基于PI滤波的近程相对导航方法计算简单,易于工程实现,且已通过在轨考核验证。     

基于极点配置的PMSM电流环PI控制器设计

针对永磁同步电机(PMSM)电流环比例积分(PI)控制器,在对其数学模型合理简化的基础上,分析推导了其零、极点与PI控制参数之间的关系,提出了一种零、极点抵消的极点配置策略及控制器参数整定方法。该方法建立了控制器参数和电流环零极点及带宽的联系,设计目标直观明确,且参数物理意义明确,计算过程简洁明了。通过仿真分析验证了方法的有效性,具有较强的工程应用和推广价值。     

基于分段连续推力的晕轨道控制方法

基于小偏差理论,推导了三体动力学模型的误差线性模型,并将此假设下的控制归纳为终端固定的有限时间调节器问题。在此基础上,进一步利用该最优控制方法推导了晕轨道周期内的连续小推力控制方案,验证了控制加速度及状态量的收敛。同时针对整周期控制方式在超调后状态量收敛速度慢的问题,通过分段连续推力控制模式(Sectional Continuous Thrust Control,SCTC)来近似瞬时脉冲推力控制模式,给出了最短分段控制时间的计算方法。实验表明,SCTC模式加快了轨道状态的收敛速度。对于km级入轨偏差,通过1次控制即可使实际轨道收敛至标称轨道。     

天基空间目标监视中转台伺服控制系统的设计

为了实现高精度目标跟踪，研制了一套以数字信号处理器（Digital Signal Processor,DSP）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）为双核心处理器的二维跟踪转台伺服控制系统。控制算法采用位置环和速度环的双闭环比例积分（Proportional-Integral,PI）控制，通过串联校正改善了开环系统的相角裕度和幅值裕度，提高了闭环系统的带宽，最终实现了二维转台高精度、低速平稳的控制。机构和控制器联合调试结果表明：对方位轴和俯仰轴分别做最大速度和最大加速度的正弦引导时，方位轴最大跟踪误差为0.006°，误差均方根值为3.25″；俯仰轴最大跟踪误差为0.005°，误差均方根值为3.24″。测试结果证明该控制系统能够实现二维转台的低速平稳运行，满足大型转台伺服控制系统的性能要求。     

GEO高精度星敏感器精密控温技术研究及试验验证

根据地球静止轨道高精度星敏感器温控系统对象的特性,提出了一种基于开关+增量式比例积分(PI)控制算法的精密控温方法。基于Matlab,TMG软件,验证了不同工况下控制器对被控温度的调节性能,分析了控制算法的准确性、稳定性和抗干扰能力,讨论了控制周期选择,用地面试验验证提出的精密控温技术对星敏感器温度的控制性能。仿真分析和地面验证试验结果表明:提出的控温技术具较好的稳定性和抗干扰能力,可满足星敏感器的长期精密控温要求。     

一种SAR卫星电源变换器快速响应控制策略

合成孔径雷达(SAR)卫星的电源工作在脉冲模式,输出负载变化快且负载电流很大。为满足电源电压瞬态响应等关键供电指标的要求,保证输出电压保持在指标范围内,提出一种SAR卫星电源Buck变换器快速响应控制策略。该控制策略综合线性控制和非线性控制的优势,在瞬态过程中,非线性控制基于输出电压阈值检测接管母线电压控制,一旦输出电压恢复到允许的范围内,线性控制器继续进行电压调节控制,能在不增加输出滤波器的条件下提升系统的动态响应。通过仿真和试验与传统的比例积分(PI)控制策略进行对比,结果表明:文章提出的控制策略能在不增加输出电容的情况下,减小电压动态跌落并提高响应速度,提升SAR卫星电源变换器的动态性能。     

高分七号卫星太阳翼驱动主动控制方案

低轨遥感卫星太阳翼驱动机构(SADA)普遍采用步进电机驱动,受步进电机不平稳驱动特性的影响,卫星平台的姿态稳定度很难进一步提升。为了满足高分七号卫星姿态稳定度需求,降低驱动机构转动对卫星姿态带来的影响,提出了应用永磁同步电机(PMSM)直接驱动的高稳定度太阳翼驱动主动控制方案。针对传统比例积分(PI)控制器存在稳定裕度低且易与太阳翼低阶模态耦合的特点,提出了一种相位补偿策略。高分七号卫星应用结果表明:太阳翼驱动主动控制方案及其相位补偿控制策略能有效降低太阳翼驱动过程中的转速波动,抑制对卫星产生的姿态扰动,可为后续其他高分辨率卫星设计提供参考。     

快速控制奇异最优调节器设计在导弹控制工程中的应用

本文从导弹控制工程的实际问题出发,运用奇异最优控制的基本概念,阐明快速控制奇异状态等价线性最优控制原理。 通过奇异最优调节器的设计,解决了导弹Bang-Bang Control(简称BBC)进入奇异区必须转换所带来的设计困难。快速控制与奇异最优控制相结合——双模控制体制,降低了系统灵敏度,极大地提高了系统鲁棒性,并具有优良工程特性,为导弹控制系统设计提供了一个新方法。 通过CSCAD仿真计算,获得了满意的工程控制效果。     

红外/雷达复合制导数据融合技术中的时间校准方法研究

从理论上分析了适合于红外/雷达双模复合制导背景下数据融合的3种时间校准方法,以校准误差为标准,时间片和目标机动为影响因素对这3种方法的校准效果进行了分析比较,并首次对传感器测量噪声在校准中的传播变化情况通过计算机仿真进行了尝试性研究。仿真结果表明:分段线性插值方法计算最简单,对噪声在校准过程中传播的不确定性有较好的抑制作用,且对时间片和目标机动均不敏感,它满足了双模复合制导对数据融合时间校准方法的要求。最后给出了分段线性插值在双模复合制导数据融合中的应用仿真结果,结果表明分段线性插值方法的时间校准性能良好。     

气动薄膜调节阀控制系统工作过程的动态仿真

借鉴气体减压器动态仿真的有限体积模型发展了一种可仿真气动薄膜调节阀动态流场的有限体积模型,并结合简单的比例-积分-微分(PID)控制算法,发展了一种可仿真气动薄膜调节阀控制系统工作过程的动态仿真模型。采用此模型,运用模块化建模与仿真方法对气动薄膜调节阀控制液体火箭发动机贮箱压强的简化系统进行了动态工作过程仿真,比较了不同PID参数和初始参数设置情况下的控制品质。数学模型和建模方法显示出较好的有效性和通用性。