双臂空间机器人关节运动的一种增广鲁棒控制方法

讨论了载体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基双臂空间机器人系统的控制问题.结合系统动量守恒关系进行的运动学、动力学分析表明,可以得到一组与适当选择的惯性参数呈线性函数关系的、欠驱动形式的系统动力学方程.以此为基础,并采用增广变量的思想,克服了通常情况下,空间机器人系统动力学方程关于系统惯性参数呈非线性关系的难点,针对双臂空间机器人末端爪手所持载荷参数不确定,但误差范围可确定的情况,设计了漂浮基双臂空间机器人关节运动的变结构鲁棒控制方案.该控制方案的优点在于,不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度;与自适应控制方案相比,化积分运算为简单四则运算,计算量大为减少,有利于实时应用.通过对一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,证实了算法的有效性.      

视觉辅助遥操作在卫星在轨自维护中的应用

为了克服时延对空间机器人遥操作的影响,提出了利用视觉技术辅助遥操作进行卫星自维护的方法.针对遥操作数据传输滞后的问题,设计并实现了一种基于视觉的共享控制策略,该策略将维护任务分为自由空间控制与自主视觉伺服控制.在自由空间控制阶段,通过3D图形预测仿真以及实时反馈的视频流,提高了遥操作者的视觉临场感.在自主控制阶段,采用冗余特征视觉伺服控制,克服了系统对标定精度的依赖性,从而提高了整个系统的智能化程度.最后,通过对典型的卫星维护任务实例的分析,验证了该方法的有效性.     

生物工程微操作机器人视觉系统的研究

针对生物工程领域显微操作的要求和特点,设计并实现了一个显微视觉系统.该系统采用基于相关系数的模板匹配算法和基于形态学运算的识别算法,能同时获得至少3个目标的二维位置信息.这两种算法均可由能够用硬件并行实现的离散卷积运算来实现,从而能够快速地计算目标的位置信息,实现了实时视觉伺服控制.实验结果表明视觉伺服控制能有效地提高系统的性能;视觉系统能够满足实时控制的要求.     

机载UMS分布式容错计算机系统设计

综合控制管理是机载机电设备发展的趋势.针对航空机电设备综合控制管理预研项目,利用分布式容错技术、高可靠航空电子总线技术和嵌入式实时多任务操作系统应用技术,设计并实现了一个分布式容错计算机系统.讨论了系统的工作特点、系统结构、通信网络、冗余管理和实时容错分布执行软件.      

基于相关滤波器的嵌入式动态目标跟踪系统设计

针对空间非合作运动目标监控,提出了一种基于嵌入式技术的动态目标实时检测与跟踪方法,并完成了跟踪系统的研制设计和测试。该视觉目标跟踪系统以嵌入式处理器为控制器,通过相机模组获取实时视频图像,图像经过视觉检测与跟踪算法程序分析,得到目标的位置信息后,控制伺服运动系统调整相机姿态实现对动态目标跟踪。提出了基于相关滤波原理的跟踪算法,搭建了树莓派嵌入式测试系统,完成实时检测与跟踪的实验评估。实验结果表明,嵌入式处理器中检测与跟踪程序的平均运行帧率达到25FPS,伺服机构在水平360°和俯仰±60°范围内实现了对移动速度90°/s的目标的实时、稳定监控与跟踪。     

飞机防滑控制系统的分布式实时仿真

 首先对飞机防滑刹车系统的工作原理进行了较为详细的分析,并建立了系统的数学模型.在此基础上,采用分布式实时仿真系统对系统进行了仿真研究,给出了分布式实时仿真系统的结构方案,讨论了仿真算法、仿真步长的选取等问题.并对某飞机防滑刹车系统在干跑道、湿跑道2种情况下的仿真结果进行了分析.经实验验证,该分布式实时仿真系统具有实时性好,处理能力强等优点.     

电液伺服速度系统的模糊增益调度控制

针对电液伺服速度系统的非线性和参数时变特性,提出了模糊增益调度控制方法.根据系统的输出误差和误差的一阶微分变化,利用模糊推理在线实时更改比例积分微分(PID,Proportion Integral Differential)控制器参数以适应工作点的变化,使系统控制参数达到全局优化,解决了一般增益调度中控制参数只是对于某一工作点局部优化的问题;在确定P和I隶属度函数时,引入指数函数保证了系统稳准前提下响应的快速性.试验研究表明,与单纯PID控制器相比,模糊增益调度缩短了动态响应时间、降低了超调、减小了负载扰动,说明该方法对非线性系统和未能精确建模系统大范围控制的有效性.      

空间科学实验地面支持系统平台

相对于其他空间任务, 空间科学实验具有用户分散、实验进程控制 (遥科学实验)要求实时或准实时、多种类型空间科学数据处理要求等特点. 针对空间科学实验的特点和对地面支持系统的要求, 结合实践八号卫星(SJ-8)、探测双星(TC-1, TC-2) 和神舟系列飞船(SZ) 的空间科学实验地面支持系统的任务完成情况, 以及未来空间科学实验任务的需求, 提出了地面支持系统平台的构架设想. 该系统平台支持空间科学实验的状态监视与控制, 支持遥科学实验, 能够支持空间科学实验数据标准产品的定制处理, 满足空间科学实验多任务的要求, 具有通用性和可扩展性.      

大型复杂装备研发成本控制专家系统

根据大型复杂装备研发周期长、耗资大、风险大的特点,引入前馈控制机制,建立了大型复杂装备研发项目成本控制专家系统的体系结构,同时以该体系结构为主体,给出专家系统的知识表示及推理机的一种实现方法,最终使得知识库和推理机得以独立实现.实现后的系统以知识库和专家系统相结合的方式对装备研发成本进行实时监控和预测,对于输入的问题,系统经过推理后给出相应的参考建议,为成本管理智能化提供可行依据.由于知识库和推理机是相对独立实现,因此该系统相对传统专家系统来说具有更好的可维护性和可靠性.     

无人机基于Matlab/Simulink仿真技术研究

基于Matlab/Simulink实时仿真技术,阐述了无人机飞控系统及其半实物仿真原理,对无人机数学模型进行了建模和封装.运用xPC目标解决方案搭建了飞控半实物仿真系统,并用该系统对某型无人机飞控系统进行了实时仿真.     

VGT空间机械臂地面悬吊系统二自由度控制

为了在地表环境下对多节双八面体变几何桁架空间机械臂进行空间环境模拟研究,需要把机械臂悬吊起来进行重力补偿.根据机械臂的正向运动学和张力吊挂原理,设计了悬吊系统二自由度控制器.该控制器其中一个自由度由机械臂的正向运动学得出前馈控制信号,另一个自由度根据张力的偏移信号,采用PI控制得出反馈控制信号,结合两个自由度的信号对吊索长度进行收放控制,从而使吊索保持恒定张力.实验表明,该控制器能快速、稳定、可靠地控制机械臂吊索张力,既能补偿前馈控制无法消除的结构误差,又能解决反馈控制响应过慢的问题,控制性能远远优于单自由度控制     

基于RTX的三轴仿真转台实时控制方法与实现CSCD

针对目前市场对三轴仿真转台控制系统的实时性需求,首先介绍了三轴仿真转台的控制系统,然后根据RTX的基本原理和转台控制系统的具体要求,采用"Windows+RTX"综合软件平台,设计并实现了转台的实时控制软件。实验表明,基于RTX的三轴仿真转台实时控制软件达到了系统的设计指标,实时性高,工作稳定可靠。     

基于遗传算法的高速飞行器滑模控制律设计

以高超声速飞行器GHV(Generic Hypersonic Vehicle)的俯仰通道为控制对象,针对其6自由度非线性模型设计了滑模控制律.为了便于应用滑模控制理论,首先对该模型进行了输入输出反馈线性化,将原模型转换成为仿射型.设计好滑模控制律结构以后,基于遗传算法完成了滑模控制律参数设计.该过程利用了随机鲁棒思想,即在随机均匀分布的参数不确定性作用下,通过遗传算法优化滑模控制律参数,使得飞行控制系统失去稳定性和鲁棒性的概率达到最小.仿真表明,该方法可以同时满足飞行控制系统鲁棒性和参数优化过程收敛性的要求.     

抗控制饱和的鲁棒非线性飞行控制方法

飞行器在大包线范围内作机动飞行时,其舵面和发动机易达到饱和,该现象不仅会对闭环系统的稳定性造成影响,而且会大大缩短发动机等关键部件的使用寿命。针对该问题,设计了一种抗饱和非线性飞行控制方法。首先,建立飞行器的严格反馈非线性模型。然后,采用自适应反步设计思想设计得到舵控和发动机转速控制指令,由径向基函数（RBF）网络对建模误差进行逼近。针对控制饱和问题,分别设计了相应的抗饱和动态补偿系统。通过建立闭环控制系统的李雅普诺夫函数,由稳定性理论确定得到RBF网络的更新权值和抗饱和动态补偿系统的结构参数,确保所设计的闭环控制系统全局稳定。最后,仿真结果表明,在出现控制饱和时,抗饱和动态补偿系统可对控制指令进行实时修正,帮助系统较快脱离饱和状态,系统饱和时间缩短了30%~60%,同时具有较高的指令跟踪精度。      

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。     

九自由度运动模拟器相对位置精度分析与指标分解

摘要： 九自由度运动模拟器是标定航天器交会对接GNC子系统中交会对接光学成像敏感器（CRDS）的关键设备,具有较高的相对位置精度要求.以此为出发点,对影响系统综合指标的误差组成进行系统性分析.梳理各误差分量的关系及相互作用原理,建立误差模型,通过对系统综合指标进行合理的分解与分配,最终使九自由度运动模拟器系统精度达到设计要求.     

一种用数字集成电路FPGA实现的伪速率调制器

介绍一种用数字集成电路实现的伪速率调制器及其应用.该调制器用一片FPGA实现3个通道的伪速率调制器.有别于用软件或模拟电路实现的方法,该调制器用数字电路实现,其中一阶环节通过移位算法实现指数运算,简单灵活,既克服了模拟电路和软件实现的缺点,又具有模拟电路实时性高、精度高以及软件实现方式方便灵活的特点,适用于整星信息一体化和综合电子技术的卫星控制系统体系结构.     

基于BM3803的1553B总线通信软件设计

在某卫星地面检测设备中使用BM3803处理器来模拟卫星中的总线控制端对远程终端进行检测,构建了比传统的Windows+1553B_PCI板卡方案实时性更强的卫星数据仿真平台。首先向BM3803移植了实时操作系统μC/OS II,设计了适用于BM3803的板级支持包,保证了软件的可在轨更新和任务的实时性,确定了用户任务与硬件高度分离的软件结构。在设计μC/OS II的用户任务时,充分利用BM3803和B61580的校验功能,提高了软件的可靠性。最后令本设计和Windows+1553B_PCI板卡方案完成相同的用户任务,对比可得本设计有更好的实时性,可满足卫星高层通信协议对实时性的要求。     

基于PC／104的GPS定位定向仪设计

将PC/10 4嵌入式计算机应用到GPS定位定向系统中 ,设计了一套完整的软硬件系统 ,完成了小型化、实时性、高可靠的样机设计和调试。解决了GPS定向系统研制工作中的软硬件设计问题 ,为进一步提高GPS定向或定姿准确度提供了保障。