基于ZYNQ平台的嵌入式高性能驱动控制研究

针对传统的光电平台驱动控制方案闭环周期长和体积大的问题,提出了一种基于ZYNQ平台的驱动控制方法。通过采用模块化设计思想,充分发挥ZYNQ中PL部分的并行处理优势,建立对应CLARK变化、PARK变换、交直轴电流PI校正、反PARK变换和SVPWM模块的IP核,最终输出PWM信号控制驱动桥六个桥臂的开关状态。系统的PWM周期可达18 kHz,电流环的闭环周期可控制在50μs以内,极大地缩减了系统的闭环时间。实验结果表明,电交轴电流可以快速跟随方波和正弦波指令信号,且对应电机的三相电流平滑无畸变,纹波较小。不同频率的正弦输入信号证明了系统的闭环带宽可高于318 Hz,验证了方法的有效性,对于实现小型化高精度的伺服驱动控制具有重要参考价值。     

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子高频自激振动的抑制

磁悬浮控制力矩陀螺（CMG）中转子一阶弹性模态自激振动是影响磁悬浮高速转子系统稳定性的关键因素之一.自激振动通常可以采用陷波器（NF）进行抑制,然而引入NF或改变其参数以及转子转速的变化均会改变模态自激频率,因而难以直接准确地确定NF参数.本文提出一种仿真确定NF参数的方法,通过转子弹性模态缩减建模和模态参数确定得到准确的弹性转子动力学模型,进而采用闭环仿真优化确定NF中心频率和极点阻尼.采用该方法设计的NF有效抑制了转子的高频弹性模态自激振动,使得磁悬浮CMG转子可以稳定升速到24000r/min.实验结果验证了该方法的实用性和有效性.     

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。     

航天器太阳能电池阵驱动系统激扰因素辨识与扰动机理分析

建立了典型太阳能电池阵驱动系统(SADS)精细动力学模型，开展了扰动特性地面试验测试，讨论了产生扰动的必要条件，分析了直接激扰因素及其对应扰动的时频特点。结果表明：所建动力学模型分析结果与试验测试扰动数据吻合良好(误差<10%)；刚体转动角加速度和模态振动加速度不同时为零是引起驱动系统扰动的前提条件；细分驱动、电机磁场非线性、时变齿轮啮合参数等是驱动系统的主要内部激扰因素；扰动力矩一般均具有周期变化特点，扰动成分集中在激扰频率及其高倍频附近，扰动幅度随细分驱动步距、齿槽激扰幅度、电磁激扰幅度和啮合参数变化幅度的增大而提高。     

基于J2项和大气阻力摄动的卫星编队保持方法研究

研究J2摄动和大气阻力对低轨编队卫星相对位置的影响,在此基础上给出一种编队保 持方案。文中定量分析了J2摄动对编队卫星三轴相对位置的影响,给出了大气阻力对编队 卫 星相对轨道要素影响表达式。在同时考虑两种摄动力前提下,推导给出了x方向受摄动 的漂移量Δx与编队卫星轨道长半轴之差Δa的周期变化量之间的解析关系式,基于 该关系式,设计了单边极限环形式的卫星长期编队保持控制方案。最后通过数学仿真验证了 该方案的可靠性,仿真结果与理论分析相符。该控制方案在计算控制量时只需知道编队卫星 的轨道长半轴之差,容易实现,为工程实践提供依据。
     

基于铁氧体的Ka频段自动跟踪调制器设计与实现

文章针对铁氧体移相器相位温度稳定性差、所需驱动功率大的问题，设计了一种基于锁式铁氧体移相器的Ka频段自动跟踪调制器，采用和、差支路对称设计，以改善和、差支路相对相位温度变化的离散性；采用锁式移相器，选用运算放大器驱动N沟道与P沟道MOSFET栅极共接的推挽源极跟随器的功率放大，同时降低差支路移相器控制信号频率等方法，以减小驱动功耗。最终研制完成的自动跟踪调制器具有工作带宽宽、和差支路相位温度变化离散小、功耗低等优点。实测结果表明，在25GHz~27GHz频率范围内，在-10℃~+45℃温度变化范围内，和差支路相位变化离散≤15°，驱动功耗≤1.5W。该设备可以广泛应用于星载和地面单通道单脉冲角跟踪系统。     

基于样条模型的高精度星间相对定位与定姿

针对分布式小卫星编队的星间相对定位与定姿的高精度要求，提出了基于样条模型的星间相对定位与定姿的新方法。新方法将一段连续时间内的卫星状态参数用样条参数模型表示，将直接估计状态参数转化为样条参数，减少了待估参数的个数，实现了多时刻状态联解，提高了姿态参数对距离变化的敏感性，结构更加稳定。仿真结果表明，相对定位精度由5mm提高到2mm，相对定姿精度由0．0004弧度提高到0．00003弧度，并解决了估计不稳定现象。     

战术导弹的一种自校正控制

本文探讨自校正控制理论在战术导弹控制中的应用。采用一种渐近的最小方差自校正控制方案设计导弹自动驾驶仪回路。该方案通过设计自校正控制器的极点和可调增益,使控制器稳定,并能兼顾闭环系统的动态特性,也可使输出方差趋于最小。在两种参考输入信号情况下进行仿真,结果表明,与经典控制情况相比,该方案具有较强的抑制干扰能力,能克服参数变化对系统控制性能的影响,提高了系统的跟踪性能。     

谐振式传感器高精度频率测量技术研究*

随着MEMS振梁加表、振梁压力传感器等谐振式传感器精度的提高,对频率测量精度的要求也随之提高。现有的测频技术通常采用单片机内置的输入捕获及中断功能,与实际需求的测量精度差距较大。提出一种基于FPGA的高精度频率测量方案,在5ms的采样间隔下实现1ppm的相对频率测量精度,满足高精度谐振式传感器的精度要求。     

一种亚微米级两座标微动伺服装置

介绍了一种能同时实现轴向和径向微量过给的一两座标微动伺服装置。该装置由电致伸缩器件驱动，采用整体式双柔性铰链结构。以数字信号处理器TMS320C25为中心的控制系统自成体系，能实现高速输入输出操作和快速数学运算。文中主要阐述了其微进给原理、控制系统组成、控制方法，并对实验结果进行了详细的分析。实验结果表明，两座标微动伺服装置位移量大于±3μm，定位分辨率高于0．01μm。     

用于高精度太阳敏感器标定的模拟光源控制系统设计

为了精确模拟空间太阳辐照方向的变化,设计了一种以计算机控制为核心的、用于高精度太阳敏感器标定的模拟光源闭环控制系统。由计算机直接控制光电隔离输出卡,所输出的数字信号经过功率驱动电路和软启动电路后实现模拟光源的开启与关闭,采用软件方式控制步进电机的转速和转向,并通过高精度光电编码器实时获取当前的转动角度值,再经串口通信反馈给计算机,构成闭环控制系统。标定测量表明:系统的俯仰角和方位角转动误差均小于0.02°,均满足高精度太阳敏感器标定对模拟光源的要求。     

自由转子陀螺仪的伺服测试技术研究

自由转子陀螺仪是目前精度最高的一种陀螺仪,没有精密的力矩器,因此,只能采用双轴伺服法来辨识其漂移误差模型。介绍了双轴伺服测试法的基本原理,给出了双轴伺服转台的运动轨迹及重力矢量的变化规律。根据转台的运动特性,建立了自由转子陀螺仪的漂移误差模型,导出双轴伺服转台转角数据估计漂移误差模型系数的算法。从测试结果可以看出自由转子陀螺仪的长时间精度高,表明采用伺服测试法能够获得极高的测试精度,伺服转台可以作为测试自由转子陀螺仪精度的装置。     

视觉导引受限下空间绳系机器人最优逼近控制

针对空间绳系机器人对目标逼近过程中单目视觉视线角约束和导航信息不全问题,首先建立空间绳系机器人系统动力学模型。然后考虑抓捕器视线角约束,采用高斯伪谱法对空间绳系机器人逼近任务姿轨轨迹进行一体规划。同时设计无需相对目标距离的闭环控制器实现对空间绳系机器人最优姿轨轨迹进行跟踪控制。仿真结果表明,该方案能够克服视觉导引受限的影响,实现空间绳系机器人对位姿最优轨迹的精确跟踪。     

红外地球敏感器摆动扫描机构长寿命试验方法

针对摆动扫描式红外地球敏感器,文章提出了一种长寿命试验测试方法。设计摆动频率为55～60 Hz的加速摆动扫描机构模拟件,在正弦驱动信号的激励下产生本征频率附近的摆动,实现红外地球敏感器摆动扫描机构的加速寿命试验;并研制了试验平台,实时记录和分析试验参数。试验结果表明:长寿命试验摆动扫描机构模拟件在窄扫模式时,摆动次数累计1.4×109次,摆动频率和电压峰-峰值的标准差分别小于0.002 0 Hz、0.030 9 V。     

正方形三面角反射器近场电磁散射理论模型

为了建立整机近场电磁雷达散射截面（RCS）的理论模型，以三角形三面角反射器回波响应图为参考，拟合正方形三面角反射器的电磁散射RCS数学模型。同时以正方形三面角反射器方向图曲线的数值对理论模型进行验证。其精度为：算术平均误差d=1.3dB,标准偏差S＝1．5dB，从而说明本模型可以参与整机理论模型的建模。     

基于GPS的新型二级频标锁定系统

提出了一种基于GPS的新型二级频标锁定系统的设计方案。利用信号的时延稳定性和群相位差变化的规律性,产生一种基于长度游标的高精度时间间隔测量方法。将该方法应用于二级频标锁定系统中,通过对被测时间间隔进行多尺度卡尔曼滤波,在MCU控制下算出GPS与二级频标分频信号之间的相对频差;根据二级频标的频-压控制特性得到补偿电压,将该电压进行D/A转换后送到二级频标的压控端,调整输出频率,形成二级频标锁定系统。实验结果表明其锁定精度可达10 -12 /s 量级,与传统频标锁定系统相比具有电路简单,成本低廉,附加噪声小,锁定精度高等特点。
     

三轴平台快速自标定与自对准方法探讨

为了提高地地导弹的作战效能,探讨了适应机动发射导弹快速发射要求的三轴平台快速自标定与自对准技术。误差标定及补偿是提高惯性系统使用精度的重要手段,但标定的完善性与快速性之间存在矛盾。误差标定及方位对准采用导弹水平状态七位置一体化方案,在约13.6分钟内能自主对准并标定出平台二十一项系数。导弹水平状态标定与对准可以基本消除阵风干扰的影响,且陀螺仪标度因数与漂移的估计采用有参考力矩的零力矩法,保证了标定、对准的快速性与准确性。经仿真验证,测量时间为1分钟时,漂移率估计误差在0.003°/h以内,测量时间为2分钟时估计误差在0.001°/h以内。     

幅相联合技术下导引装置测向性能仿真分析

在介绍了国外反辐射无人机导引装置幅相联合测向技术的基础上,分别就干涉仪、比幅法测向条件下导引装置测向性能进行了仿真分析。结果表明,导引装置采用干涉仪测向时精度较比幅法测向的精度高,但存在测向模糊;比幅法测向精度不高,但可以解除干涉仪测向产生的模糊。最后,分析给出了测角范围与目标雷达频率、测角误差与测量到达角的关系,得出了导引装置采用幅相联合测向的优势。     

姿态对地指向不断变化成像时的偏流角分析

 针对敏捷卫星在三轴姿态机动过程中同时进行推扫成像的偏流角问题,基于线阵TDICCD推扫成像原理,分析了动态成像过程中的偏流原理,通过速度矢量法推导出动态成像方式下的偏流角数学解析表达式。数值仿真分析表明：当相机推扫速度方向与星下点速度方向的夹角η为0°（沿航迹方向推扫成像）或180°（沿航迹反方向推扫成像）,偏流是由地球自转产生的,数值较小;当夹角为0°＜η＜180°时,偏流是地球自转和轨道运动共同产生的,偏流角数值较大;当夹角η=90°（垂直于航迹方向推扫成像）时,偏流角随地理纬度的增大而增大。基于以上结论,采用姿态偏航控制对偏流角进行调整,可以实现在三轴姿态机动过程中开启光学有效载荷进行推扫成像的动态成像技术。