空间微重力磁悬浮平台激励器研究

为满足空间实验室的科学实验载荷对微重力环境水平的要求,需要保证空间微重力实验载荷平台的振动隔离性能,即需要平台激励器能在控制系统的作用下适时地产生抑制平台扰动的激励力.本文提出了平台激励器的初步指标,从磁悬浮基本原理出发设计出多种结构形式,在此结构基础上完成有限元磁路仿真和激励器的线圈设计,并对各种结构形式进行比较,根据比较结果总结出各结构形式的优缺点,为激励器的具体设计提供了依据.      

小型仿生人工手指触觉感知系统设计

针对目前触觉传感器电路复杂、体积大等问题,设计了一套基于导电液的小型仿生手指感知系统,实现了同时测量温度、三维力、压力等物理信息的功能。系统由单片机数据采集电路、触觉电极阵列电路、温度传感电路和压力传感电路等组成。针对被采集信号的特征,设计了信号调理电路,对信号进行了转换及滤波;设计了FPC接口和板对板接口,将各硬件模块进行了有效的衔接,使得电路结构实现了高度一体化;为了实现数据处理和传感器融合,将由手指传感器测量的触觉感知信息通过USB传输给了上位机,并设计了上位机软件,以显示和存储采集到的数据。实验结果表明,该系统能够实现对温度、压力、三维力数据的快速采集、传输和处理。     

大功率狭缝式活塞激励器流场测量与分析

研制了一种大功率活塞射流激励器,出口瞬时速度峰值可达0.3Hz,通过对活塞激励器射流流场测量,得到激励器出口流场速度、涡量分布,分析得到激励器合成射流流动结构与特征,通过采用活塞激励器控制同轴射流掺混,实验结果证明此种活塞激励器可以用于相对较高的速度流场的主动流动控制.利用提出的设计方法设计合成射流激励器可以在激励器出口形成稳定的对涡结构,采用一定的激励频率即可对喷管气流掺混进行有效控制.研究表明,合成射流激励器作为主动流动的执行机构,在航空动力排气系统具有潜在的重要价值.     

一种连杆装置载荷测试系统研究与设计

介绍了一种连杆装置载荷测试系统。某大型火箭芯级与助推器的连接采用了三支点超静定捆绑方式,为了充分了解这一新型捆绑连接结构在火箭大型地面试验和发射前加注过程中的载荷变化情况,开发设计了捆绑连杆载荷监测系统。系统采用了多路模拟开关及扫描技术实现了多通道数据实时采集,同时编制数据采集和数据处理软件对采集到的电压信号进行分析处理。通过对该系统的标定,实现载荷的测量。文章介绍了系统的硬件、软件设计原理和系统的两种工作状态。通过对箭上使用的连杆进行标定,得到连杆受力和系统输出的关系,通过标准载荷试验验证,线性误差在系统允许范围内。该系统载荷测量准确,可以用于火箭各种大型地面试验中捆绑连杆的载荷测量。     

基于空中对准过程的在线标定及优化设计

光纤陀螺惯组输出误差影响武器系统导航精度,为了弥补地面标定的不足,利用机载制导武器发射前空中对准过程进行光纤捷联系统在线标定.介绍了光纤捷联系统空中对准/在线标定系统模型,基于此设计卡尔曼滤波器;针对某机载航空制导炸弹工作过程进行了对准过程中误差激发与对导航精度影响的仿真分析,并基于此进行了滤波器优化设计;最后进行了优化设计前后导航精度仿真比较,仿真结果显示:完成空中对准/在线标定优化设计后,光纤捷联系统纯惯性导航精度得到提高.      

漂浮基闭链双臂空间机器人抓持系统动力学及载荷力/位置混合控制的模糊变结构控制器设计

讨论了载体位置、姿态均不受控制的漂浮基双臂空间机器人抓物系统的动力学建模和控制问题. 利用拉格朗日方法和牛顿欧拉法分别建立了双臂空间机器人及负载的非线性动力学模型, 结合空间机器人固有的特性及闭合链约束关系, 得到抓持系统合成动力学方程. 以此为基础, 考虑到空间机器人系统结构的复杂性及某些参数的变动性, 根据具有较强鲁棒性的变结构控制理论, 针对该抓持系统惯性空间轨迹跟踪设计了全局滑模控制方案及相应的PI内力控制方案, 从而达到位置、力的混合控制. 为克服滑模控制器抖振的缺点, 附加设计了模糊控制器, 根据系统的输出来动态调节滑模控制器的参数, 从而既可确保系统的快速响应又可降底原有的抖振. 系统数值仿真证明了上述控制方案的有效性与准确性.      

CMOS星敏感器图像驱动及实时星点定位算法

利用CMOS图像传感器技术的低功耗和开发简单等优点,设计了新型CMOS星敏感器的图像采集驱动电路.该电路设计以现场可编程门阵列(FPGA)为核心,配以静态存储器和并口通讯功能,实现了图像的采集、存储和输出.同时根据4连通域图像分割的原理,在FPGA内部设计了一个数字电路模块,以实现该星敏感器的实时星点定位功能.该模块由于采用了流水线结构,可以和图像采集同步完成星点质心定位算法,减少了向星敏感器数据处理单元中的精简指令集计算机(RISC)的数据传输量和RISC进行星图跟踪和识别的工作量,提高了星敏感器的总体工作性能.对比软件处理结果,对星敏感器的图像采集和质心算法硬件电路进行了验证.     

隔离信号调理模块自动校准系统设计

针对隔离信号调理模块型号多、参量多、使用量大,采用手动计量校准耗时耗力、容易出错、工作效率低等问题,在VEE Pro软件开发平台上,设计开发出一套隔离信号调理模块自动校准系统。该系统包括仪器信息记录、校准及打印输出三个主模块,测试过程采用实时测试显示,自动进行数据处理并存档。使用结果表明：该系统操作简便,提高了工作效率及准确度,降低了人为出错几率,确保了测试数据准确可靠。     

基于多重UKF的粗太阳敏感器标定算法研究

针对粗太阳敏感器存在的非余弦特性以及易受空间环境杂光干扰的影响,为了提高粗太阳敏感器的定姿精度,需对其电池片进行标定.通过设计多重UKF(Unscented Kalman Filter)滤波器实现对粗太阳敏感器的定姿标定,将其划分为两类,第一类为标定陀螺漂移,第二类借助陀螺漂移标定结果,进而设计电池片滤波器来精确修正粗太阳敏感器的电池片系数,完成对整个粗太敏电池片的输出数据修正.仿真结果表明,采用多重UKF滤波器算法可有效实现对陀螺和粗太阳敏感器的标定,提高了卫星的姿态确定精度,达到了设计要求.     

空间背景光星模拟器系统设计

为实现星敏感器光信号的高精度标定需求,提出了一种具有空间背景光的星敏感器地面标定系统,解决了空间背景光对星敏感器光信号定标精度的影响,提高了星敏感器的标定精度.对空间背景光对星敏感器标定精度的影响进行分析,给出了具有空间背景光的星模拟器实现方案,设计了能同时模拟空间背景光和星点位置信息的星模拟器光学系统.结果表明,该系统全视场相对畸变小于0.01%,MTF在80lp·mm-1处大于0.5,达到了高精度指标要求.设计了一套空间背景光系统,通过对电流和可变光阑的控制,实现了亮度26倍变化.提出了一种基于像差补偿的星点位置修正方法,并给出了修正模型.利用徕卡T6100经纬仪和照度计,分别对星模拟器所在的星点位置误差和空间背景光亮度进行测试.结果表明,空间背景光亮度可实现26倍调整,在最高能量和最低能量下星模拟器星点位置误差精度<10",满足星敏感器地面标定要求.      

基于PXI总线的姿态角变换器高精密测试系统设计

为了验证遥测系统姿态角变换器的功能可靠性,研制了一种基于PXI总线的高精密测试系统。姿态角变换器高精密测试系统以PXI的模块化设计为平台,各功能模块板卡即插即拔,增强了硬件上的可扩展性;整个测试台为一体式设计,内嵌显示器。软件设计中采用针对测试系统的开发软件LabWindows/CVI,采用C语言进行编写,为了充分利用系统资源,采用多线程技术,通过软定时器来控制各个线程的运行和停止,并实时刷新显示数据。实际测试结果验证了设计的可行性。     

基于PXI总线的姿态角变换器高精密测试系统设计

为了验证遥测系统姿态角变换器的功能可靠性,研制了一种基于PXI总线的高精密测试系统。姿态角变换器高精密测试系统以PXI的模块化设计为平台,各功能模块板卡即插即拔,增强了硬件上的可扩展性;整个测试台为一体式设计,内嵌显示器。软件设计中采用针对测试系统的开发软件LabWindows/CVI,采用C语言进行编写,为了充分利用系统资源,采用多线程技术,通过软定时器来控制各个线程的运行和停止,并实时刷新显示数据。实际测试结果验证了设计的可行性。     

超静空间科学卫星分离式主动隔振技术

针对量子科学实验、时频传递实验等项目研发的先进载荷对微振动频谱积分的特殊指标需求,研究一种分离式主动隔振技术。分离式隔振技术将卫星划分为载荷模块和服务模块,考虑两模块之间柔性连接线缆和限位弹簧,首先建立两模块的动力学模型。随后,设计基于加速度反馈的六自由度隔振控制器,考虑执行机构控制和驱动电路的电气噪音,在时域和频域仿真分析载荷模块对服务模块的振动隔离性能。仿真结果表明,主动隔振后载荷模块三轴加速度功率谱密度在05~200Hz内积分值小于2 μgn。最后,分析主动隔振控制器参数对载荷模块加速度功率谱积分指标的影响。分离式主动隔振可为我国超静科学卫星的振动隔离提供一种技术途径。     

一种嵌入式系统软件的非干涉测试方法

传统的嵌入式系统软件测试方法对被测试系统有一定的干涉效应,影响了测试结果的精确性和正确性.采用"非干涉测试方法"可以将这种影响消除,从而得到精确的测试结果,是一种准确反映被测试目标系统真实运行状态的测试方法.与传统的测试方法不同,该方法的特点在于对目标系统完全是非干涉的.通过分析非干涉测试方法的基本特征,提出了该方法的应用模型.在这个模型中,有3个组成部分是必需的,包括静态分析模块,动态分析模块和通过硬件采集目标系统状态信息的数据采集子系统.静态分析模块对被测试软件静态特征进行分析,指导硬件采集子系统如何采集以及动态分析模块如何解析采集的数据.在整个测试周期,"非干涉测试方法"不需要在目标软件中驻留任何仅用于测试的可执行代码.      

一种新颖超磁致伸缩作动器的隔振模型

根据超磁致伸缩材料的本构方程分析了超磁致伸缩作动器输出位移的组成,以此为根据建立了基于超磁致伸缩作动器的单层单自由度隔振平台数学模型.该模型以平台在激振力作用下产生的振动位移为系统干扰输入;根据此模型分析了基于超磁致伸缩作动器的隔振原理;在频域内推导出了系统隔振能力与激振力频率及作动器最大输出位移之间的数学关系,然后在时域内采用自适应LMS(Least Mean Square)算法在Matalb环境下进行仿真.仿真结果与理论分析均表明,隔振平台的隔振能力与激振力频率的平方以及作动器最大输出位移成正比,从而为合理设计隔振平台用超磁致伸缩作动器提供了理论依据.该模型不仅可用于分析基于磁致伸缩作动器的隔振原理,对其它作动器的隔振原理也适用.      

超静平台动力学建模与解耦控制

以超静平台在未来高精度航天器主动隔振和精确指向控制中的应用为基础,针对柔性铰形式超静平台的动力学特点以及超静平台基础和载荷扰动作用的影响,建立一般形式的超静平台动力学模型;进一步推导解耦力控制方法,将超静平台由高度耦合的多输入多输出系统变为单输入单输出线性时不变系统,以此消除各支杆之间的相互作用,极大地简化了控制器设计;在此基础上,进行数值仿真分析与验证.仿真结果表明:基于所建立的一般形式超静平台动力学模型,采用解耦力控制方法能够很好地实现超静平台的主动振动控制,并且方法简单易于工程实现.     

石油赛伯数据采集仿真系统的实时性解决方案

为了保留石油工业赛伯(Cyber)数据采集系统的软硬件成果,在现代的高性能硬件平台上采用软件仿真的方法构造了一个仿真系统,以独立硬件设备模块为单位对实际系统进行建模,形成了以指令集仿真器为核心,通信总线仿真模块为桥梁,连接各个设备仿真模块的仿真系统.为了满足仿真系统的期限,从系统平均性能要求和最坏性能要求两个方面对实时性能需求进行了详细的分析,提取出影响系统实时性的性能参数,根据这些性能参数的要求提出了一个实时性解决方案,解决了仿真系统与实际的数据采集设备之间的实时通信问题,协同完成了数据采集任务,在此基础上给出了一个基于RTLinux(Real-Time Linux)实时操作系统的原型系统.      

基于有限元法的主动隔振单元建模分析

针对大载荷对象低频微振动主动振动控制平台的设计问题,提出一种基于模块拼装思想的主被动混合隔振平台结构方案,模块化设计大大简化了主动振动控制平台的设计难度,使得拼装后的平台具有承载能力强、精度高等优点,由于所用模块单元结构形式完全相同,组合后的主动隔振平台的特性完全取决于单元的特性;以主动隔振单元为研究对象运用有限元法建立其动力学模型,模型中包含以位移向量形式表示的外界激振项和以力向量形式表示的主动控制项,当上述两项为零时,可以通过求解动力学模型得到主动隔振单元的固有特性;利用ANSYS商用软件进行主动隔振单元的模态分析,对比结果验证了该动力学模型的正确性.     

控制系统通用综合测试系统组建研究

在分析系统需求和基本功能的基础上 ,采用VXI总线技术、远程测控技术和测试应用程序自动生成等关键技术 ,按照综合测试的总体要求进行系统集成 ,组建控制系统通用综合测试系统 ,包括系统硬件和软件方案 ,对系统的硬件结构方案、模件选型以及软件流程、组成和作用进行了详细讨论。     

基于模型化配置的星务自主控制软件设计与应用

卫星互联网正成为一种空间基础设施展开建设,大规模卫星发射的需求与地面运控管理任务指数型增长之间的矛盾日益突出,特别是对于低轨长期处于测控不可见弧段运行,其自主生存需求更为急迫,而星务自主控制功能是实现自主运行和生存的重要组成.本文通过参数装订、逻辑子层和数据交互模块的架构设计,提出一种基于模型化配置的自主管理软件系统框架,并针对核心逻辑子层,建立遥控主动模型、遥测主动模型以及数据融合交互控制模型,实现星务自主管理软件的快速研制,解决自主运行功能常会随设计深入和试验验证不断功能扩展的问题,提高星务自主控制软件的灵活性.通过卫星故障检测和恢复(FDIR)自主管理功能的设计进行了验证.结果表明该软件系统设计框架能够满足星务自主控制功能设计,具备可扩展能力,为进一步提升卫星的智能化水平奠定基础.