基于输出反馈H_∞控制的跟瞄平台稳定控制研究

不考虑光电跟瞄平台环架之间的耦合,建立了外界干扰作用下,环架运动的状态空间模型;基于线性矩阵不等式(LMI)对光电跟瞄平台的方位、俯仰及横滚环,分别设计了输出反馈H_∞稳定控制器。仿真结果表明,该控制器能够实现对光电跟瞄平台的稳定控制,且在模型参数存在摄动和含有多种干扰的情况下,几乎不影响其控制效果,具有良好的鲁棒性及抗干扰能力,满足光电跟瞄平台稳定控制需要。     

基于ESO的用户星天线跟踪指向控制技术

基于独特的非线性扩张状态观测器(ESO),提出了一种用户卫星天线跟踪指向控制系统。该系统由程序跟踪内环和自动跟踪外环组成。内环控制器由三阶ESO、线性比例微分控制律和静态解耦律组成。外环控制器为一简单的积分控制器。ESO能够在不依赖天线模型的情况下估计出系统状态和总扰动(称为扩张状态)。利用该扩张状态实现动态反馈补偿,则天线系统被简化为解耦的积分系统。基于ESO设计天线控制系统,无需精确的用户卫星天线模型。仿真结果表明,提出的天线控制系统具有较高的跟踪指向性能和对干扰和不确定性具有较强的鲁棒性。     

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。
     

空间非合作目标快速姿态跟踪导航方法研究

提出了一种空间非合作目标快速姿态跟踪导航方法。在非合作目标相对测量过程中,激光测距仪测距数据具有不连续的特点。当不具备测距数据时,采用基于位置-速度方差修正的姿态跟瞄导航滤波算法,引导追踪航天器完成对目标的粗捕获和保持;当具备测距信息时,通过引入间接量测矩阵和Wonham能控规范型极点配置方法,采用基于全维状态观测器的姿态跟瞄导航滤波算法,完成对目标的连续精确指向跟踪,并通过配置观测器极点调整滤波收敛速度。本文提出的姿态指向跟瞄导航算法克服了非合作目标跟瞄过程中测距信息不连续的问题,与传统扩展卡曼滤波算法相比,能够避免量测方程近似线性化过程中的大量矩阵求导运算,因而提高了跟踪导航滤波的收敛速度,增强了追踪航天器对非合作目标的快速姿态指向与跟瞄能力。     

基于ESO的BTT飞行器多变量解耦控制方法研究

针对倾斜转弯(BTT)飞行器姿态控制系统的多变量耦合问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的多变量解耦控制方法。将BTT飞行器系统中的耦合视为扰动,利用ESO具有实时跟踪估计扰动能力的特点,将耦合扰动估计出来,通过补偿消除耦合的影响。利用极点配置的方法完成闭环状态反馈控制律设计,并通过数学仿真验证方法的正确性和有效性。     

模糊控制在光电跟瞄平台稳定控制中的应用

机载光电跟瞄系统是一个复杂的角位置随动系统,其精确模型不易建立。利用模糊控制不要求精确模型的特点,以跟瞄平台俯仰回路的稳定控制为例,设计了基本模糊控制器和自组织模糊控制器。仿真研究表明,在模型参数摄动又有多种干扰作用时,两种控制器都能进行有效地控制,特别是自组织模糊控制的稳态误差更小,计算速度更快。     

卫星光通信终端二维转台运动参量对天线指向影响研究

二维转台与卫星平台间的耦合运动，是影响卫星光通信终端天线指向控制的重要因素。在耦合动力学模型基础上，研究了二维转台不同运动参量对光通信终端天线指向偏差的影响。分析结果表明：在耦合动力学环境下，光束指向偏差随二维转台转动成规律性变化；当方位轴、俯仰轴转角θh、θv分别为（π，0）、（-π，0）时，指向偏差出现最大值；随二维转台转动时间的增加，天线指向偏差略有增加，转动时间由10s增加到1000s时增幅仅为1％。其结果为补偿耦合运动影响，保证天线指向控制精度，提高卫星光通信终端星上应用的稳定性打下基础。     

星载二维转台减振驱动控制设计

星载二维转台伺服机构是一种高精度指向调节机构,目前在轨运动应用频带在1Hz～300Hz范围,步进电机在低频旋转时存在振荡问题。为了解决此问题,文章基于正弦脉冲宽度调制(sine pulse width modulation, SPWM)提出了一种控制步进电机细分设计方法。系统以FPGA为控制核心,以LMD18200为电机驱动输出,构成了一个完整的运动控制平台,实现SPWM步进电机的细分控制。通过ModelSim软件仿真和实践表明,电机在低频时能运行平稳,有效降低了电机运行中的噪声和启动、停止时的振动,转台转动过程中抖动明显减小。     

基于智能差分算法的摩擦力补偿方法研究

针对光电平台低速转动时，受摩擦力影响较大，使得速度跟随曲线出现“死区”现象，导致跟踪性能明显下降这一问题，提出了一种基于智能差分进化算法和Lurge摩擦模型的摩擦力补偿控制方法。通过采集记录光电转台正、反向匀速运动时的摩擦力大小，建立转台不同速度和摩擦力之间的对应关系。通过最小二乘法对摩擦模型静态参数进行分段拟合，采用智能差分进化算法辨识摩擦模型动态参数，并基于反馈的速度信息和获得的摩擦模型等效为摩擦补偿力矩输入到电流环控制输入端，实现平台平稳低速运行。实验结果表明：摩擦力补偿后速度响应误差由补偿前的±0.1°/s减小到±0.04 °/s，提出方法效果显著。     

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。     

基于自适应反推滑模控制的虚拟转台样机研究

针对传统转台串行设计模式存在的缺陷，基于虚拟样机技术、自适应滑模控制器与有限元等技术作为支持，提出了虚拟仿真转台的系统构想。其中针对实际转台系统的未知非线性、外界干扰和参数摄动等不确定因素的影响，设计并实现一类自适应滑模控制器进行虚拟转台系统的实时控制。同时，通过ADAMS软件平台实现了虚拟转台样机系统及其功能，并将自适应滑模控制器调入虚拟转台样机，最终实现机械模型和控制方法进行联合仿真分析，获得最终虚拟转台的特性。仿真结果表明，虚拟转台样机的设计与实现大大提高了转台的设计效率，为后续转台的控制系统渊试提供强大的技术支持。     

一种卫星间跟瞄方向的控制策略与实现

进行自由空间的光通信或空间对抗，需要在卫星间实现精确的跟踪与瞄准。因为地面测控站的设置非常有限，指令与数据注入的范围受到很多限制，所以要求这种跟瞄在很多时候是无主控制状态下完成的。提出了一种利用在地面测控站的范围内向星上数管中心注入目标卫星、本体卫星的轨道参数，其它时间依靠自主导航飞行和GPS修正的方法，结合本体星的姿态测量、振动测量实现卫星瞄准指向的方位角与俯仰角的精确控制的方法，提高了在地面站无法注入指令与数据时卫星的捕获概率。通过仿真，将计算结果与卫星仿真工具软件STK的数据进行比较，结果一致。最后在嵌入式DSP平台上实现了这一策略。     

仿真转台的低速性能研究

低速性能是仿真转台的重要性能指标之一，在系统设计中如何在保证系统高速系统和频带要求的同时满足低速性能指标的要求是设计者着重考虑的问题，也是转台控制系统设计的难点之一。本文在三轴模拟飞行转台设计实践中提出一种行之有效的方法，在保证系统频带要求情况下提高系统的稳态精度和低速性能，并给出了０．００５ｄｅｇ／ｓ和０．０１ｄｅｇ／ｓ的低速性能曲线，根据实践测试结果和数字控制系统的特点探索性地提出一种评价系统     

仿真转台若干性能问题讨论

仿真转台低速性能的控制技术方面已有一些研究,但是对低速性能的描述、测试、判断等方面的讨论很少。本文提出可以应用"最低平稳速度"和"低速位置控制精度"来量化描述低速性能。在测试转台的动态性能时,除了频率响应法,可应用快速停止法作进一步测试。应用多信号输入(将位置、速度及加速度信号同时输入到转台控制系统)和适当的前馈方法可提高转台的动态响应性能。应用多输入复合控制方法将进一步提高系统的动态响应性能。     

复杂不确定性下多无人机的抗扰时变编队控制

针对存在不确定非线性动态和外部时变干扰的多无人机系统的时变编队问题,提出了基于扩张状态观测器(ESO)的抗扰编队控制方法。首先建立了分布式ESO来估计多无人机系统的不确定性,基于ESO的输出提出了抗扰编队控制律,并提出一套算法来对控制律进行参数选定。然后,通过分析得到基于该控制律下,多无人机系统实现抗扰时变编队所需要的充要条件,并最终严格证明了在满足编队充要条件和基于提出的控制律下,多无人机系统可以稳定实现抗扰时变编队。最后仿真结果表明理论方法的有效性。     

考虑通道耦合因素的制导控制一体化设计方法

针对倾斜转弯（Bank-to-turn, BTT）飞行器俯冲段制导与控制系统设计中存在的强耦合、强非线性问题,研究考虑通道耦合因素的制导与控制一体化设计方法。首先建立了考虑控制通道间耦合因素的三维制导与控制一体化设计模型,在模型中引入不确定性因素,采用连续非光滑控制理论对三维块系统设计非光滑扩张状态观测器（Non-smooth extended state observer, NESO）进行观测补偿,然后结合反步法与块动态逆方法设计可以保证有限时间收敛的制导与控制一体化算法,并严格证明了带有扩张状态观测器的级联系统是全局有限时间稳定的。提出的方法适应强耦合BTT飞行器存在扰动情况下的快时变控制需求,通过仿真校验该方法可行、有效。     

基于集成建模的空间光学望远镜稳像验证方法

针对空间望远镜稳像方案验证问题,研究了一种结构、光学、扰动、姿态控制、稳像控制一体化集成建模方法。将干扰源模型、整星结构模型、姿态控制模型、稳像控制模型和光学系统模型按照实际的物理联系连接为一个整体,得到扰动和噪声到光轴抖动的传递特性和光轴抖动响应。以某光学望远镜为例,比较了各种稳像方案下扰振到光轴抖动的传递特性,定量分析了各影响因素对光轴抖动的影响。分析结果表明,提出的方法能够得到全频带的光轴抖动响应,可以系统地验证空间光学望远镜的稳像方案。     

飞行仿真转台指向误差分析及误差分配

本文对半实物仿真系统中关键设备飞行仿真转台的指向误差进行了研究，给出了具体计算方法，并根据各种因素对指向误差的影响程度不同，给出了误差分配方法。     

双超敏捷卫星载荷舱扰动补偿研究

文章针对动静隔离式双超敏捷卫星载荷舱存在活动部件时，载荷舱指向精度下降的问题，依据双超敏捷卫星的特点，对双超敏捷卫星载荷舱进行了扰动补偿研究。首先，建立了载荷舱活动部件扰动模型以及双超敏捷卫星模型，扰动包括反作用飞轮小幅值高频随机扰动和摆镜扫描大幅值规律性扰动；然后，在采用飞轮扰动被动隔振和摆镜扫描主动补偿的基础上，利用双超敏捷卫星磁浮机构带宽高的特点进行二次主动隔振。仿真结果表明：在进行飞轮扰动被动隔振以及摆镜扫描扰动主动补偿后，载荷舱的指向精度提高到6×10-3（deg）；磁浮机构进行二次主动隔振后，载荷舱的指向精度提高到2×10-4（deg）。该方法为双超敏捷卫星载荷舱受扰时指向精度下降问题提供解决思路。利用磁浮机构不仅可以隔离平台舱的扰动，而且可以提供高带宽主动控制力来抑制载荷舱的扰动。但在具体实施过程中还需考虑载荷舱与平台舱之间的碰撞问题。     

单轴速率三轴位置惯性测试转台误差及传递分析

阐述了单轴速率三轴位置惯性测试转台系统误差的种类,诸如安装面与轴线平行度、位置精度和回转精度等,主要来源于安装工艺、控制系统精度、测角系统精度以及机械磨损等因素,不可避免地存在于转台系统中。由此产生了综合性的指向误差并对测试数据造成影响,文章根据飞行仿真转台的指向误差公式推导出了适合本实验用惯性测试转台的误差计算公式。依据实际的测试流程计算出各轴的指向误差,得出标度因数、阈值、分辨率等参数测试时,指向误差使得被测参数偏小;而对于交叉耦合参数,造成被测参数偏大,在对高精度陀螺组合测试时应予以估计和补偿。