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。     

机电伺服系统重复学习控制器设计

设计了一种p+A-Type ILC位置环重复学习控制器,并成功应用于某一需求高速高精度实时控制的机电伺服系统中,伺服控制技术采用经典的基于转子磁场定向的矢量控制技术,速度环控制器和电流环控制器采用经典的PI控制器,位置环采用p+A-Type ILC控制器,其中p控制器用于随机干扰的抑制,AType ILC用于伺服作动器重复往返运动以及固有的偏心质量等时变非线性负载的负载惯量和有规律干扰的补偿,并进行了与经典P位置控制器的对比试验验证。实验结果表明:采用本项目的控制器使得位置超调比采用P控制系统降低了50%,实现了高速高精度的实时控制,满足了伺服系统时变非线性负载下的不同工况需求,系统鲁棒性大大提高。     

飞航导弹分数阶PID控制及其数字实现

PID控制器在飞行控制中一直处在主导地位,因此有必要对它的控制品质和鲁棒性进行改进和提高。其中一种可能是将分数阶微积分原理把传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,引出一种新的比例、积分、微分控制器—PIλDμ,它不但适合于分数阶系统,也适用于整数阶系统,并能够取得一些优于整数阶PID控制器的效果。最后给出了分数阶PIλDμ控制器的数字实现形式,并应用于某型飞航导弹。仿真结果表明该控制器不仅能提高系统的控制品质,而且该控制器对其本身参数和系统参数的变化并不敏感,具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。     

基于自抗扰控制的导弹电液舵机系统研究

针对导弹电液舵机伺服系统中的高非线性、模型参数时变性等复杂因素,首先建立了 舵系统的数学模型,将负载变化和不确定性扰动视为一个综合总扰动项,然后利用扩张状态 观测器（ESO）对其进行观测和补偿,并基于自抗扰控制（ADRC）技术设计了一个不依赖于 数学模型的控制器。采用该方法设计的控制器不仅能满足系统对快速性和稳态精度的要求, 而且有效抑制了负载变化和不确定性扰动对系统的影响。仿真结果表明系统有较强的鲁棒性 和适应性,验证了该控制方案的可行性和有效性。
     

一种大功率电源模块的低功耗供电线路设计

为了提高大功率DC/DC电源模块的传输效率，降低电路的功耗，文章设计了一种合理的低功耗供电线路，为电源模块中的芯片提供稳定的低压直流输出电压。文中采用电压控制型MOSFET作为调整元件并结合输出电压反馈电路，避免了输入电压过高时因三极管工作电流限制造成的供电线路功率损耗过大问题，有效提高了大功率开关电源模块的传输效率和供电线路输出电压的稳定性。最后通过试验验证文中设计的供电路静态功耗小、传输效率高，且线路简单易于实现。     

生物地理学优化算法在双闭环直流调速系统中的应用

为提高双闭环直流调速系统性能,将分数阶PIλ控制器应用到调速系统的电流环和速度环。通过生物地理学优化算法来优化系统的参数,并与采用传统工程设计方法确定参数的整数阶PI系统和通过生物地理学优化算法确定参数的整数阶PI系统进行对比,研究了3种系统的阶跃响应和抗干扰能力。MATLAB仿真表明:采用生物地理学优化算法设计的分数阶PI~λ系统具有阶跃响应上升速度快,超调量小,在负载突变情况下波动小,恢复快,抗干扰能力强的优点。     

高压大功率S3MPR电源控制器设计与验证

针对航天器平台一级能源变换高压大功率的应用需求,采用并联式DC/DC变换器的最大功率点跟踪(MPPT)拓扑结构,设计一种顺序开关分流最大功率调节(S~3MPR)电源控制器。为了解决传统S~3MPR技术的算法电路复杂、跟踪精度低等问题,兼顾航天器应用环境的特殊性,通过采用模拟电路实现的方式设计出一种基于交错扰动方法的MPPT控制算法电路。该算法可以实现太阳电池阵电压电流输出较大范围内精确跟踪其最大功率输出。研制了5 kW功率(10路太阳电池阵)的原理样机对设计进行试验验证,结果表明:电源控制器性能良好,满足高压大功率航天器平台的应用需求。     

电源转换模块LTC3780的工作性能仿真分析

为了获得可应用于航天器系统的稳定的供电电源,采用高性能升压-降压开关稳压控制器LTC3780,设计在低压、高压和正常供电时都能实现预期输出电压的电源转换电路;利用LTspice软件对该电源转换电路进行工作性能仿真,主要对不同输入电压时的输出电压和不同负载时的带载能力进行了仿真,通过仿真实现了稳定的电压输出和较强的带载能力。     

低压铸造的模糊控制

提出了用于低压铸造的 Fuzzy- PI冲型压力控制系统 ,二维模糊控制器的输入为冲型压力误差和误差变化率 ,输出为驱动执行机构的电压量。 PI作用的引入提高了系统的响应速度和静态精度。     

防空导弹侧向姿态变结构控制器研究

为处理垂直发射防空导弹快速转弯时侧向姿态控制系统产生大攻角导致的弹体气动参数非线性变化和三通道交叉耦合，将非线性作为被控对象线性模型参数的小范围随机摄变，并采用抑耦法对交叉耦合作等效处理，应用部分状态反馈和变结构控制方法设计了一种变结构控制系统。仿真结果表明，该变结构控制器的快速性和鲁棒性均优于传统PI控制器。     

磁悬浮姿控/储能飞轮能量转换控制系统设计与实验研究

针对磁悬浮姿控/储能飞轮(ACESFW)的能量释放问题,采用直流降压斩波原理,设计了一种能量转换控制器,提出对降压斩波器输出进行软件功率因数校正的转换控制方法,将高速ACESFW存储的动能,转变为稳定直流电能输出。仿真和地面试验结果表明,所设计的能量转换器转换效率高,电压输出稳定,高频纹波小,可以满足星上设备的供电要求。     

高效能源系统管理与控制技术

能源系统是飞行器的关键技术之一,能源系统性能的优劣对飞行器能否正常飞行及实现预定任务有重要影响。本文针对大功率飞行器对分布式循环能源系统的管理需求,开展高效能源系统管理与控制技术研究,提出一种集逐级调压控制、限流充电控制、恒流输出控制以及最大功率点跟踪(MPPT)控制为一体的层级梯次控制策略,实现分布式系统的全局优化控制和飞行器能源的功率优化调度。研制的能源管理系统(PCU)配备1条234～328 V高压母线,额定功率15 kW,电路效率大于97%,功率密度大于750 W/kg。PCU依托分布式架构,采用层级梯次控制策略,验证了高效能源系统管理与控制技术的正确性和有效性。     

地月低能轨道转移的混沌控制方法

针对航天器在混沌区域的滑行时间过长，提出一种低能地月轨道转移的混沌控制方法。首先通过地月圆形限制性三体问题(CRTBP)的庞加莱截面图，将混沌区域进行分层并分析其规律，再利用混沌轨道对初始状态高度敏感的特性，在尽可能减少运送时间的前提下实现地月低能轨道转移。该方法的优点是利用混沌区域的固有规律，不需要依靠周期轨道特性。仿真结果表明，本文提出方法仅需施加2~4次脉冲，明显缩短混沌区域的滑行时间，从而实现地月低能转移。     

分导飞行器能量指标的最优控制方法研究

本文讨论了分导飞行器的基本控制规律 ,研究了对分导过程的最优控制问题 ,介绍了使推进剂消耗最少的最优控制方法 ,建立了实现最优控制的数学模型 ,阐述了研究能够使综合性能指标达到最优的控制方法以及对分导飞行器研制、使用的重要作用。     

空间太阳能发电站拓扑架构及能量管理控制策略

针对超大功率空间太阳能电站(SSPS),提出了一种分布式+集中式系统拓扑架构,将系统电力传输分为太阳电池阵区、主结构电力传输区及发射天线阵区三大部分。根据系统三大阵区的能量流动关系,本文将SSPS系统的工作模式划分为最大功率点跟踪(MPPT)工作模式、跟踪功率指令工作模式及阴影区工作模式,并提出分层能源管理控制策略。最后,针对兆瓦级太阳电池阵的不同工作模式,利用Matlab/Simulink搭建空间太阳能电站系统仿真模型,进行仿真试验及对比分析,试验结果验证了拓扑架构的合理性及控制策略的有效性,为解决空间太阳能发电技术电力传输与能量管理问题提出了新思路。     

空间连续型机器人位姿与构型的能量整形控制

针对空间连续型机器人(SCR)位置和姿态机动、连续型机械臂变形控制以及系统受到外界干扰的问题，基于连接与阻尼配置-无源性控制(IDA PBC)方法设计了控制器。通过能量整形得到空间连续型机器人期望的能量函数，再对系统注入阻尼使其渐近稳定。利用非线性干扰观测器估计系统受到的干扰，并对外界干扰进行补偿。仿真结果表明：设计的控制器可以使空间连续型机器人机动到指定的位置和姿态，同时控制连续型机械臂变形为期望的构型，并且具有主动抗干扰的能力。通过选择合适的能量整形系数和阻尼注入系数，可使系统以期望的动态性能到达指定的平衡点。     

刚体航天器的最小能量姿态机动最优控制研究

针对航天器姿态机动最优控制问题.研究了初始条件和目标状态给定,以三个正交安装的动量轮为控制执行机构且机动控制时间不定的最小能量姿态机动控制方案.首先,采用与传统打靶法不同的非线性规划NLP方法来描述带约束的姿态控制问题,将控制次数设为固定值,将采样周期看作变量,通过迭代方法进行求解;然后,提出NLP初始可行解的构造方法,以不同初始可行解为初值,多次寻优,最终找到刚体航天器最小能量姿态机动的相对最优控制方案;最后,通过仿真试验验证了该方法的可行性和优越性.     

基于空间信息的射频隐身数据链最优能量控制算法

为提高数据链的低被截获性能,提出了一种基于空间信息的射频隐身数据链最优能量控制算法。以数据链目标飞行区域的威胁因子为先验知识,基于数据链的实时空间信息,分析了影响数据链性能的各个参数,将辐射功率、开机时刻作为优化变量,以最小化辐射功率函数和最小化能量消耗函数作为目标,利用混合混沌粒子群优化算法对数据链通信模型进行优化,选取使两个目标函数最小的解作为最优解。仿真结果表明,算法与目前常见的数据链恒定功率辐射方法相比,在满足可靠通信的前提下,辐射功率较小,消耗能量较少,具有较好的射频隐身性能。     

基于能耗最优的卫星姿控系统推力器可重构性设计

针对卫星姿控系统执行机构可重构性设计,提出了可重构性评价指标,并以推力器为具体的执行机构建立了优化设计模型,将遗传算法应用于其最优解的求取。Matlab/Simulink环境下搭建的卫星闭环姿控系统仿真结果表明,设计安装方案无论在故障情况下还是在正常情况下,系统可重构性和控制性能均明显优于其他比较方案,在一定程度上有效地验证了所提优化设计方法和结果的合理性和正确性。     

卫星复合材料储能／姿控一体化飞轮的设计制造

阐述了卫星用复合材料储能／姿控一体化飞轮的结构设计及制造技术。采用独特的线型设计和结构设计,利用高强碳纤维缠绕技术成型飞轮转子,选用钛合金经精密加工成轮毂,用胶接技术将两者装配胶接为飞轮。通过有限元的方法对飞轮进行了模态分析,一阶基频为956Hz。试验测得的飞轮储能密度为79.8 Wh/kg,达到国内先进水平。