频率(标准)组合选择器

本文介绍Bendix Field工程公司和应用物理研究所联合为总部设在戈达德空间飞行中心的NASA空间跟踪数据网研制的频率标准组合选择器。频标组合选择器的用途是为备用定时系统提供备用高性能频率源。设计频标组合选择器是为了最限度地利用站内的一组频率标准,其方法是: 1.将频标的频率输出自动地组合成单一的信号输出,其性能为整组频标的平均性能。 2.自动排除整组频标中有故障的部份。 3.自动地使频标组合选择器的输出保持在相对于UTC的时间和频率上而与整组频标的长期性能无关。 4.由于防止了单点故障,所以频标组合选择器本身的单点故障将不影响工作。本文详细讨论频标组合选择器的设计和如何用不同的分系统来实现其功能。频标组合选择器的心藏是以多次混频相位比较系统为基础的数字式锁相环、数字控制的压控晶体振荡器和微处理器。即使各标准工作在不同频率上。即使有意地使压控振荡器的输出频率偏离该组标准的平均频率,数字式锁相环也能将压控晶体振荡器的相位锁在该组标准的平均相位上。这种偏移特性使频率组合选择器能够利用时间常数很长(一星期)的第二个锁相环来调节偏移频率,使定时系统的输出保持在相对于某一合适定时接收机所提供的1ppm协调世界时标准时间和频率上。第二锁相环还使微处理器能够测定各输入标准相对于协调世界时的频率。这就使频标组合选择器能够在某一输入标准有故障时重新调整压控晶体振荡器的偏移频率,使频标组合选择器的输出保持在相对于协调世界时的频率和时间上。本文介绍频标组合选择器中所使用的数字式锁相环的理论和试验性能以及如何具体实现频标组合选择器的原理。还讨论被称为频率(标准)选择的频标组合选择器分系统,这一分系统只在输入标准有故障时,才转换各输入标准之间的备用输出。     

二阶滑模控制在十字梁控制实验系统中的应用

为了削弱传统滑模控制在十字梁实验系统中应用所产生的抖振问题,运用了高阶滑模的设计思想设计了多输入多输出十字梁试验系统的输出跟踪二阶滑模控制器,从而实现了高阶滑模在多输入多输出系统中的应用,并对该系统进行了仿真,仿真结果表明,二阶滑模控制器能够有效地削弱系统产生的抖振.      

基于随机鲁棒分析的输出反馈特征结构配置

针对输出反馈特征结构配置在参数不确定性系统设计中的鲁棒性问题,提出一种基于随机鲁棒分析的输出反馈特征结构配置优化方法.该方法通过随机鲁棒分析准确度量了闭环系统的鲁棒性,确立控制系统设计要求与待设计参数间的直接联系,并运用优化技术实现闭环系统稳定性与性能间的折衷,最大化控制系统的鲁棒性.通过在某高超声速飞行器横侧向解耦控制系统设计上的应用,验证了该方法的有效性.      

利用双目标优化寻求颤振抑制控制律

本文对一个三角机翼/外挂系统的颤振主动抑制进行了系统的研究。在理论上,对如何应用现代控制理论设计优化控制律进行了探讨;对非定常气动力拟合的Pade矩阵近似作了改进;提出了用理想极点和二次型性能指标进行双目标优化来确定加权矩阵的思想;在实现上,用状态观测器和单秩法极点配置两种方法设计了输出反馈控制律。风洞实验结果表明:用本文的方法所综合的控制律是合适有效的,成功地使机翼/外挂系统的颤振速度提高了15.7％,与理论计算结果吻合良好。     

基于可不断电维修的双机容错系统

对单个单片机控制系统可靠性不高的问题,提出了一种由双单片机构成容错系统的实现方法.在该系统中,用串行通讯技术,通过采集对方I/O输出,与自身的I/O输出值作比较,实现双单片机的故障互检;利用地址译码技术,设计仲裁切换模块,完成故障隔离;故障机修复后,通过回读对方执行程序的任务编号,达到双机同步控制,完成系统重构,实现对故障单元的不断电维修.通过对模拟机的实验表明,此控制系统能对运行中的错误实现实时的双机互检,且具有在线热插拔功能.     

火工品输出动态多参数测试系统的构建与考虑

进行火工品输出动态多参数测试对于产品设计与作用机理研究具有重要意义。在收集和分析国内外各类火工品的输出参数类型和信号特征基础上,提出将压力、推力、速度、位移、加速度、温度等不同参数的测量用一套动态分析系统实现的设想,讨论了测量系统各组成模块的选择方法,为火工品输出测试系统建立可增添新的设计理念。     

面向火星自主漫游任务的视觉-惯性感知系统

精确的位姿估计以及对周围环境中的障碍物的实时感知,是探测器在火星表面进行自主漫游的基础.然而,火星探测器受到自身质量、体积和能源供应等因素的影响,计算资源和设备功率受到严格限制,这给感知系统的设计与实现提出了挑战.本文针对火星探测器计算资源严重受限的问题,设计了一种基于视觉-惯性多传感器滤波融合的智能感知系统,其主要包括两个模块:1)基于多状态约束卡尔曼滤波MSCKF(multi state constrained Kalman filter)算法的视觉-惯性里程估计模块,实现了相对误差小于1.5％的较高定位精度;2)使用GPU加速的高程地图构建算法,实现了稠密地形图的实时构建.其中,高程地图与机器人位姿采用概率最优的方式进行融合,保证了感知系统整体的概率一致性.相比于现有感知系统,本文所提出的方法可以仅使用双目视觉和IMU实现机器人的位姿估计和周围环境高程地图的构建,并通过合理的算法设计、GPU硬件加速等方法,最终整套系统在30W板载系统上实现了位姿估计输出频率400Hz、地图输出频率4.2Hz的实时运行效果,充分验证了本系统的轻量化特性,能够有效应用于火星车的自主探测任务.     

平板型电磁作动器优化研究CSCD

本文针对卫星隔振系统中的电磁作动器输出力矩精度问题,设计从构型和控制两个方面对其输出精度进行优化。针对单个电磁作动器输出精度进行优化,设计永磁体与主作用线圈的相对位置的构型,确保动子运动过程中,磁场作用下的主作用线圈长度不变,从而提高作动器的输出精度;针对两个电磁作动器加工和安装误差带来的输出力矩不对称的问题,设计力矩补偿函数,确保两个电磁作动器输出力矩相等,从而保证隔振系统的隔振精度。     

大型柔性空间结构的状态估计及变结构控制

本文研究大型柔性空间结构作单轴大角度操纵时的状态估计及变结构控制方法。所建立指数律的状态观测器,实现了以较少传感器估计系统弹性振动模态的目的。利用状态观测器的状态及系统输出变量反馈方法,设计了大型空间结构的动态输出变结构控制律。针对一个实际模型仿真计算,得到了满意的结果。     

平板型电磁作动器优化研究

本文针对卫星隔振系统中的电磁作动器输出力矩精度问题,设计从构型和控制两个方面对其输出精度进行优化。针对单个电磁作动器输出精度进行优化,设计永磁体与主作用线圈的相对位置的构型,确保动子运动过程中,磁场作用下的主作用线圈长度不变,从而提高作动器的输出精度;针对两个电磁作动器加工和安装误差带来的输出力矩不对称的问题,设计力矩补偿函数,确保两个电磁作动器输出力矩相等,从而保证隔振系统的隔振精度。     

MIMO仿射型极值搜索系统的输出反馈滑模控制

针对一类多输入多输出(MIMO)仿射型非线性极值搜索系统的控制问题,提出了一种输出反馈滑模控制方法。将原系统分解为若干个单输入单输出(SISO)极值搜索子系统,并针对每个极值搜索子系统,考虑到系统状态量不可测的特点,以斜坡函数作为新系统输出量的参考跟踪信号,采用输出跟踪误差以及该误差符号函数的积分值建立切换函数,设计得到基于输出反馈的滑模极值搜索控制律。稳定性分析证明:在任意初始条件下,本文方法可使系统的输出量全局收敛至期望极值的任意小邻域内,并且所有状态量均一致范数有界。仿真结果验证了本文方法的有效性。      

基于Riccati方程解的高增益未知输入观测器设计

针对具有未知输入和测量噪声的一类Lipschitz非线性系统,研究了状态估计、噪声估计及未知输入重构问题.通过将输出噪声看作扩展状态,把原系统转化为描述系统.针对描述系统,首先基于Riccati方程的解,提出了一种高增益观测器设计方法,实现对系统状态的估计和测量噪声的重构;之后,设计二阶高增益滑模观测器精确估计输出的微分,并利用状态和输出微分的估计,提出了一种未知输入的重构方法.在一Riccati方程有解的前提下,所提出的未知输入和测量噪声的重构,均适用于强时变信号.最后,对一个实际模型仿真,验证所提出方法的有效性.      

新型数字-频率变换在科氏质量流量计中的应用

对新型全数字式科氏质量流量计频率输出信号采用数字—频率转换D/F(Digital to Frequency Conversion)方法实现.利用晶振和现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Arrays)与数字信号运算处理单元DSP(Digital Signal Processing)配合实现频率量输出,有效避免了传统的模拟式科氏质量流量计的电压—频率V/F(Voltage to Frequency Conversion)转换方法中存在的精度不高、温漂以及电路复杂等问题,而且也消除了由于频率刷新造成的输出频率非整周期对输出结果的影响.实验表明,该数字—频率转换方法具有较高的转换精度,实现了输出频率的整周期刷新,不存在V/F转换电路的温漂等问题.该电路简单,与数字电路实现无缝接口,对于数字系统的频率输出设计具有较高的参考价值.      

空间燃料电池电源子系统输出性能的仿真与试验验证

为了系统性地研究质子交换膜燃料电池电源子系统的输出特性与电堆压力、电堆温度之间的关系,首先建立电堆的数学模型,在Matlab/Simulink中进行仿真,研究输入与输出的关系;其次针对航天应用设计相匹配的燃料电池变换器（FCDR）,将其与电堆的输出端接在一起进行仿真,研究电堆的输入对FCDR的输出特性的影响,当负载发生变化时,检验FCDR对维持母线电压稳定输出的能力;最后对电堆和电堆系统的仿真进行试验测试,证明仿真的正确性,从而对空间燃料电池电源系统有更深一步的认识,为整个电源系统的设计打下坚实的基础。     

基于区间二型模糊终端滑模控制的飞行器姿态控制

针对四旋翼飞行器姿态控制问题,提出区间二型模糊控制与非奇异终端滑模控制结合的算法.首先,采用非奇异终端滑模控制方法,根据滑模控制的强鲁棒性及快速响应特性,令四旋翼飞行器系统实现在有限时间内收敛并对外界干扰具有较强抵抗力;同时,采用区间二型模糊控制,将滑模面作为模糊控制的输入,趋近律作为模糊控制的输出,实现对滑模面增益的动态调节,增强对外界随机扰动的适应能力并提高系统收敛速度、削弱抖振.基于Lyapunov函数证明系统的稳定性.仿真结果显示,本文设计的控制器具有更加平稳的输出,同时对四旋翼姿态角度的跟踪更加迅速、精确.     

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.     

基于LabVIEW实现的隔离放大器非线性误差自动测试

隔离放大器是一种输入电路和输出电路之间电气隔离的器件,一般采用变压器或光耦合传递信号,非线性误差是其一项重要的技术指标。本文介绍了一种基于LabVIEW实现的隔离放大器的自动测试技术,系统以标准信号源、数字多用表为标准装置,通过GPIB和TCPIP通信来实现计算机对隔离放大器的自动测试,完成非线性误差的计算,并自动生成测试报告。文中介绍了系统的测量原理、组成、非线性误差的算法以及软件编制。系统在实际的工作中取得了良好效果,显著提高了工作效率,为实验室检测工作的自动化作了有意尝试。     

0—10V高稳定直流电压基准的研究

介绍一种0～10V可调直流电压基准的设计。该电压基准通过对电压平均技术和双通道脉宽调制分压技术的研究与应用，既可使用内部高稳定直流电压基准，也可外接高稳电压基准实现0V～10V直流电压的连续输出，保障了直流电压基准输出的连续性与稳定性，其10V输出稳定度指标优于2·10^-6／y（恒温条件下），可广泛用于高水平电压标准器的研制。     

基于虚拟仪器技术的小功率自动测试系统

功率敏感器传统的计量方法繁杂低效,本文探讨了基于虚拟仪器技术的小功率自动测试系统的设计,提出了利用GPIB接口总线实现计算机与小功率标准装置各设备之间的通信方案,研究了通过SCPI控制各仪器的自动化测试实现方法。     

谐振式液体密度传感器压电激励与检测的实现

本文利用正压电效应和逆压电效应,实现谐振式液体密度传感器的压电激励与压电检测,原理简单、功耗低、检测方便。设计了基于该激励和检测方式的自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)电路,当传感器的输出信号发生较大变化时,激励信号的增益可随输出信号的幅值进行自动调节,使输出信号的幅值保持稳定。该电路具有结构简单,适应性好,可靠性高,调节速度快等优点。同时,对所设计的谐振式液体密度传感器进行了标定实验,该密度传感器的精度约为±1.0kg/m³,重复性约为±0.05%,可以实现液体密度的高精度实时在线测量。