捷联传感器

描述并对比目前可供捷联数字系统应用的各种陀螺和加速度计。所讨论的各种仪表是：单自由度液浮速率积分陀螺、调谐转子陀螺、静电陀螺，激光陀螺，以及摆式加速度计。对每种传感器来说，都描述其工作原理和结构方法，导出其解析模型，分析其性能特点（与其它传感器相比较），讨论它们的优缺点，并确定其应用范围。每一节都包括与转矩再平衡捷联传感器（液浮陀螺、调谐转子陀螺，以及摆式加速度计）一同使用的电子转矩回路设计方法的     

弹性飞行器敏感元件位置设置与参数优化综合

本文研究了弹性飞行器敏感元件位置的设置问题，分析了敏感元件位置对弹性飞行器稳定性的影响，提出了几类飞行器自动驾驶仪敏感元件可能合适位置的选择准则。从飞行器弹性振动闭环系统方程出发研究了弹性飞行器参数优化综合的某些方法。通过算例得到控制系统返馈系数，陀螺位置，舵面位置优化综合的数值模拟结果。这些结果与该飞行器实际采用的值符合较好。     

基于变质心控制的再入飞行器机动能力分析

变质心控制作为一种新颖的控制方式,可克服传统再入飞行器气动舵等控制方案存在的舵面烧灼等弊端,它通过主动移动飞行器内部若干个质量块,可以有效调整飞行器的姿态并实现飞行器的姿态和机动控制.本文在推导变质心再入飞行器动力学方程的基础上,对该动力学方程进行了必要的简化,从而得到了变质心再入飞行器纵平面内的动力学和运动学方程,并计算得到质量块不同行程下飞行器可产生的法向过载大小.本文的研究对于变质心再入飞行器控制系统的设计提供了必要的理论参考依据.     

速率捷联系统的初始对准

速率捷联系统包括惯性组合和弹上计算机两大部份,惯性组合由两个三自由度的速率陀螺和三个加速度表组成,均与飞行器相固连。速率陀螺的输出与飞行器的角速度成正比。速率捷联系统与平台系统一样,用来建立惯性座标系,作为导航计算的基准。要建立惯性座标系,需要给陀螺测量的角速度赋以初值。而发射前飞行器受风的影响产生随机摆动,如何求得飞行器在某瞬间的初始姿态角,就是本文要解决的问题。     

随动推力作用下柔性旋转飞行器稳定性分析

针对柔性旋转飞行器动力学问题,考虑了飞行器转速的作用,建立了计入陀螺力矩及随动推力影响的运动方程并分析了系统的动力稳定性问题。将柔性旋转飞行器简化为带有附加质量的非均匀转子结构,考虑陀螺力矩及随动推力的影响,采用剪切变形对轴向位移有影响的Timoshenko梁模型,基于有限元方法建立了运动方程,分析转速、剪切刚度及附加质量等因素对系统稳定性的影响,发现了转速作用下旋转飞行器刚体和弹性体模态耦合的新现象。结果表明：剪切刚度较小时,剪切变形对临界推力有较大影响;附加质量的大小及位置对临界推力和不稳定域有重要的影响;转速一般会诱发非均匀转子系统的弯曲模态与刚体模态合并为一个耦合模态,致使系统产生动态失稳。     

带控制舵双锥体气动力工程计算方法研究

利用“部件叠加法”发展了一套可以计算带控制舵机动飞行器在超声速和高超声速飞行时的纵横向气动力的工程计算方法。通过对干扰因子和等效攻角等概念的引入,并根据一些数值计算解和风洞试验结果,考虑了舵-体、体-舵间的气动干扰,从而可以计算飞行器组合体的气动力。     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态高精度高带宽测量方法

针对航天器姿态测量精度和带宽之间相互制约问题,提出一种基于磁悬浮陀螺的航天器姿态高精度、高带宽测量方法。根据刚体动力学和坐标变换原理建立磁悬浮转子径向转动合外力矩模型。在框架静止条件下,通过实时检测磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG）中的磁轴承电流、磁悬浮转子位移,计算出磁悬浮转子径向转动所受合外力矩以及磁悬浮转子径向偏转信息,间接得到航天器运动对磁悬浮转子径向转动作用力矩,进而求出航天器单轴姿态角速度和姿态角加速度。不同带宽下的仿真结果表明,本测量方法能同时检测出航天器单方向的姿态角速度和角加速度,并且满足高精度高带宽要求。     

四旋翼无人飞行器导航控制系统研究

四旋翼无人飞行器可垂直起降、悬停,适合某些特定场合应用,但其自动控制较为复杂。使用FPGA实现有限状态机,自动读取惯性器件的数据;应用高性能ARM处理器融合GPS位置、气压计高度、磁场强信息,进行姿态解算;并以PID控制方法对横滚、俯仰与旋偏角进行控制,最终实现了四旋翼无人飞行器的自动定点悬停、定高等功能。     

运载火箭姿态控制稳定性多速率陀螺组合策略

针对运载火箭飞行姿态控制中采用多速率陀螺组合代替单速率陀螺的问题,提出了任意数量速率陀螺组合的斜率计算方法,方法适用于大型运载火箭一级飞行速率陀螺组合姿态控制方式。推导了组合斜率不确定度的计算公式,并将不确定度纳入组合系数矩阵的计算当中,从而给出了一套工程实用的多速率陀螺组合姿态控制弹性稳定性策略。利用工程实例说明了组合速率陀螺较单个陀螺的优势。多速率陀螺的使用降低了对全箭模态试验振型斜率选位和斜率测量精度的要求,可为未来运载火箭不开展全箭试验提供支撑。     

惯测组合快速高精度标定方法研究

研究了基于机械转子陀螺的捷联惯性测量组合位置标定的一种不对北免调平测试新方法,提出了利用位置转换进行速率标定的快速测试方法,大大缩短了测试时间。同时,采用脉冲计时取代传统的脉冲计数,显著提高了参数标定的精度。采用该方法实现了惯性测量组合的高精度快速测试。     

小型固体火箭控制系统设计与半实物仿真验证

对小型固体火箭进行了滚转通道最优控制系统的设计,通过半实物仿真系统对其控制效果进行了验证。基于小扰动法与固化系数法,实现了对小火箭滚转通道最优控制律的设计;采用dSPACE实时仿真机,完成了小型固体火箭半实物仿真平台的搭建;在舵机无反馈装置的情况下,利用电台实现了舵机控制参数的传递,达到了控制系统闭环仿真的目的。设计的半实物仿真平台,不仅完成了对控制系统的验证,而且还具有小火箭发射过程的全程模拟能力。半实物仿真结果表明,设计的最优控制参数可满足小火箭滚转通道的稳定控制。     

基于快速响应PSP技术的跨声速脉动压力实验研究

利用快速响应压敏涂料(PSP)技术对弹箭类飞行器跨声速段的脉动压力特性开展风洞实验研究,获得了Ma=0.8～1.2范围内弹箭类飞行器全表面1.2s实验时间段内的脉动压力特性,较全面地研究了马赫数、攻角(舵偏角)对脉动压力分布特性的影响。实验结果表明,快速响应PSP技术的脉动压力测量结果与高精度脉动压力传感器结果较为吻合,均方根脉动压力系数的测量误差小于15%,精度要求满足工程设计使用,且快速响应PSP测量方式能够获得弹箭类飞行器全表面的脉动压力分布,有利于捕获压力峰值和辨识跨声速非定常流场结构,更好地指导脉动压力载荷设计,在弹箭类飞行器设计中有较高的工程应用价值。     

跨介质航行器弹性舵翼空化流固耦合仿真分析

跨介质航行器水中航行过程中的流固耦合效应是影响航行稳定性和结构安全性的关键问题。基于径向基函数法和模态叠加方法,开展跨介质航行器水中运动过程中空化流动与结构振动的耦合仿真,对航行器三角型截面舵翼的流固耦合效应进行研究,分析了不同攻角下的空泡形态以及舵翼与空化流动的相互作用。分析结果表明,在来流攻角为2°～6°时,航行器及舵翼几乎被包在超空泡内部。当来流攻角为8°时,舵翼的自由端会穿透空泡界面,使其所受水动力比小攻角条件下大一个量级,振动特征也更为复杂。     

地磁传感器在自旋导弹惯测组合中的应用研究

为了提高自旋导弹控制的性能,采用自旋导弹的惯测组合来扩充实时测量导弹在飞行过程中运动状态的能力。由于目前速率陀螺的量程和精度都不能满足测量自旋导弹大旋转速度的需求,因此在惯测组合中用地磁场传感器代替速率陀螺来测量绕弹体纵轴的角速度。本文主要利用地磁场传感器组合对自旋导弹滚转角、滚转周期的确定原理及工程可实现性进行研究,给出了采用敏感轴分别在弹体坐标系Oy1和Oz1方向的2个地磁场传感器实现自旋角速度测量的结构设计,分析了产生奇异的条件和地磁场传感器惯测组合的可行性,推导了利用地磁场传感器实现滚动角和滚动周期测量的计算公式和计算流程,对所研究的结果通过了实物试验验证。     

负载模拟器的实时控制研究

负载模拟器可以模拟飞行器在飞行过程中作用在舵轴上的铰链力矩,是重要的半实物仿真设备之一。实时控制软件是影响负载模拟器性能指标的关键因素。简介了负载模拟器的组成及工作原理;采用W indows RTX的方法实现了实时控制软件对高精度时钟的要求;给出了负载模拟器实时控制软件的总体结构及控制流程。实测结果表明,负载模拟器各项性能指标均达到设计要求,证明所述实时控制软件设计方法正确。     

幅值锁定型超流体陀螺模糊自抗扰控制系统设计

针对幅值锁定型超流体陀螺中热相位注入存在的温升延迟和热噪声影响陀螺系统测量精度和稳定性的问题,提出一种基于模糊自抗扰的超流体陀螺控制系统设计方法。首先建立超流体陀螺的数学模型;分析热相位注入引入的温升延迟和未知热噪声对系统敏感精度和稳定性的影响机理。在此基础上,设计集微分跟踪器、扩张状态观测和非线性反馈控制律于一体的自抗扰控制器,并进一步采用模糊推理实现非线性组合的比例和微分系数的自适应调整。最后利用Maltlab/Simulink进行仿真校验。仿真结果表明：该控制方法能够抑制未知噪声和温升延迟对系统的影响,对工作点实现良好的锁定,有效地提高了陀螺系统的测量精度和稳定性。     

基于PSO算法的自动驾驶仪控制参数设计

针对自动驾驶仪控制器参数设计问题,提出一种基于PSO算法的导弹自动驾驶仪参数整定方法并对该方法所整定的控制器参数进行仿真验证.该方法在自动驾驶仪俯仰通道Simulink建模基础上,定义一个包含系统时域指标和频域指标项的适应度函数,根据控制系统对快速性和稳定性的要求,对各项指标进行适当加权,采用PSO算法对自动驾驶仪进行优化设计,实现了自动驾驶仪的控制参数整定.应用本算法对大量特征点的优化设计,均取得了良好的线性化设计结果,并对其进行了仿真验证,亦能满足仿真要求.仿真实验表明了该算法用于控制参数优化的有效性和优越性,有一定工程应用价值.     

火箭上升段滚动时域制导控制一体化设计

针对传统火箭上升段制导与姿态控制系统分离设计无法最大程度优化控制精度、控制量需求等系统整体控制性能的问题，提出一种基于凸优化的滚动时域制导控制一体化(IGC)设计方法。首先建立反映质心运动和绕质心运动耦合关系的IGC模型并对其进行反馈线性化获得面向控制的线性模型。然后考虑控制约束，将上升段IGC问题建模为最优控制问题，基于凸优化理论设计滚动时域控制器。该方法基于滚动时域控制(RHC)策略中反馈校正和滚动优化的思想，可以及时弥补模型误差和外部干扰等造成的不确定性；同时利用凸优化算法计算复杂度低、求解简单的优势，有效解决了含控制约束的复杂优化问题的求解。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。数值仿真校验了该滚动时域控制方法的有效性和鲁棒性；并且仿真结果表明，火箭上升段IGC设计比传统分离设计制导精度更高、控制量需求更小且姿态变化更加平缓。     

运载姿控系统负阻尼零点网络的特性研究

为在不同条件下由运载姿控系统校正网络实现系统的稳定,根据负阻尼零点网络幅值相同、相位滞后的特性,将其用于校正网络设计以替代常用的正阻尼零点网络。证明了箭机对负阻尼零点网络的可实现性,以及测试的重复性和稳定性。某运载一级姿控系统负阻尼零点校正网络的应用表明,可在速率陀螺安装处一阶振型斜率为正时实现系统的稳定。该方法对其他型号的设计有一定的参考价值。     

有翼导弹的动态稳定性分析

导弹动态稳定性是导弹飞行动力学的重要组成部分。当导弹作高机动飞行时 ,线性理论将不再成立。本文运用非线性动力学理论 ,通过对导弹动力学方程的数值仿真 ,讨论了以导弹控制舵偏角为参数导弹高机动飞行时的非线性动态稳定性 ,并得到了相应的结论 ,为导弹控制系统的设计提供了必要的理论依据