飞行器的一种控制执行机构——变推力火箭发动机调节系统性能分析

本文介绍一种可用于飞行器控制系统中的动力装置——变推力火箭发动机的系统方案。根据控制系统的要求,对发动机可调文氏管——喷注器系统的结构参数选择和设计,推导出数学表达式,并对这种发动机控制系统的动态性能和稳态性能加以分析。变推力液体火箭发动机,通常都是利用改变推进剂的秒流量来实现推力调节,其方案可利用喷注器流通截面的变化,或者在发动机供应系统中设置流量调节器,改变流量达到推力调节的目的。但是比较完善的方案是发动机供应系统和喷注器系统对推进剂的流量都进行调节。供应系统中的调节器用来调节推进剂的流量和组元混合比,喷注器流通截面的变化保证推进剂的喷射速度和雾化质量。供应系统中的流量调节器通常是采用可调节流量文氏管。在一般文氏管中加上一个可沿文氏管中心线移动的同心锥,调节锥的纵向移动改变文氏管的流通截面积,调节推进剂的流量。并且文氏管往往处于汽蚀状态下工作。     

动力系统试验工艺参数监视系统设计

在火箭动力系统试验中,需要实时监测、显示和传输地面工艺系统和箭上状态参数.主要阐述了采用上下位机控制模式设计的工艺参数监视系统,介绍了系统硬件和软件设计.上位机硬件包括工控机和采集板卡,以LabVIEW语言开发软件设计,构建工艺状态总图;下位机采用PXI控制系统,加载采集板卡信息,通过光纤以太网与上位机进行通信.该系统监测参数达到300路,数据每100 ms更新一次,在多次型号动力试验中得到验证,能够准确地实现试验状态参数远距离采集、传输和显示,提高了试验安全性.     

太阳辐射参数对透射系统热设计的影响及仿真对策

文章针对透射式光学系统进行了热仿真分析,比较了不同太阳吸收率、透过率、反射率下各透镜的温度及太阳外热流情况。结果表明,太阳辐射参数的给定对高轨透射系统温度仿真计算结果的影响很大,需要准确给定;某些谱段的太阳能量被透镜选择性吸收和反射,下层透镜使用全谱段的太阳辐射参数来计算温度将不再准确。针对上述问题,文章提出了一种新的透镜等效太阳辐射参数的计算方法,该方法将太阳光谱能量分布近似为5 800 K黑体辐射能量分布,采用普朗克公式对经过透镜的各部分能量进行计算,进而等效出各太阳辐射参数,有效提高了仿真分析的准确性。最后以某空间相机透射系统为例进行了分析计算,对该方法进行了验证。     

基于改进PEA的日地L2平动点编队飞行高精度位置保持

针对日地L2平动点相对运动拟线性变参数(QLPV)动力学模型,提出一种改进的多项式特征结构配置(PEA)方法实现日地L2平动点编队飞行高精度相对位置保持.建立日地L2平动点编队飞行相对运动QLPV动力学模型,将基于线性时不变系统(LTI)的PEA方法进行改进,设计参数/状态变化的控制方法来获取闭环系统设计传递函数,与期望传递函数进行类似于线性系统的条件匹配,获得含时变参数和状态的多项式控制器,确保系统在参数和状态变化时能保持控制系统性能不变.在进行多输入多输出(MIMO)系统的算法设计时,将系统期望传递函数设为解耦形式,实现飞行器三轴位置间的解耦控制,以确保系统的控制精度.考虑到拟线性变参数系统与传统线性系统的不同,对拟线性变参数闭环系统的稳定性进行分析.最后进行了相应的数学仿真验证算法的可行性和有效性.     

基于两种极值跟踪系统的星载电源智能化综合控制技术研究

提出了一种星载电源智能化综合控制系统,并讨论了其优、缺点和适用范围等。首先介绍了一种采用模糊自寻优智能控制原理,并具有参数自调整功能的太阳阵峰值功率跟踪系统,然后讨论总结了各种太阳帆板对日定向控制系统。在此基础上,通过对某小卫星的轨道参数分析,提出了一种基于两种极值跟踪的把输入输出功率调节合为一体来控制管理的星载电源智能化综合控制系统方案。系统由三大部分组成:太阳帆板、蓄电池组和一个智能控制器。智能控制器用星载计算机软件实现,可根据星上负载状况和蓄电池充电情况,以峰值功率跟踪系统为执行机构,配合智能化双轴太阳帆板跟踪系统,灵活地配置输出功率。采用的原理是以调节峰值功率跟踪系统的执行机构——脉宽调制开关调节器的占空比工作在规定范围内作为前提,计算太阳帆板在快变轴的方向上应转过的动态跟踪角度并带动伺服电机执行,同时由太阳敏感器监视跟踪状态。其中,讨论了其带来的优点和缺点,给出了具体实现的智能控制器方案和设计智能控制器采用的软件流程。总结了智能化综合电源控制系统的意义和适用范围。比较了它与其它电源控制系统在各方面的优劣。最后,对上述智能化综合控制方案进行了计算机仿真。     

自由漂浮空间机器人神经网络自适应补偿控制

针对更具工程价值的任务空间内的自由漂浮状态空间机器人模型不确定性末端控制问题,提出了一种自适应神经网络控制策略用于机器人末端控制.通过神经网络在线建模来逼近系统中的非线性模型,神经网络的逼近误差及外界有界扰动通过鲁棒控制器来消除,采用引入GL矩阵及其乘法算子"·"来直接辨识的各部分系统参数.该控制策略既不需要逆动态模型的估计值,同时也避免了求雅克比矩阵的逆,降低了计算量.基于李亚普诺夫理论证明了整个闭环系统全局渐近稳定.仿真结果表明了这种神经网络控制器对于任务空间的空间机器人末端控制在达到较高的精度的同时,能够满足实时性要求,具有重要的工程应用价值.     

一种半解析方法火星再入探测器一体化设计模型

提出了一种火星再入探测器的半解析法一体化模型,为未来火星探测器的初步设计提供包括弹道、气动参数、防热系统在内的设计依据。在任务初步设计阶段,由于涉及多个学科,火星大气与地球大气模型差异很大,需要考虑的因素很多,因此需要一个半解析的,能够实时进行弹道、气动参数和防热层温度分布计算的设计工具。该工具应该包括气动外形、弹道、防热为一体的设计模型,且能满足计算负担要求。基于此,提出了一种普遍适应的火星探测器外形定义方程,并对其中的一种特殊情况进行了解析公式的推导。在合理假设的前提下,给出了计算防热层内部温度分布的半解析计算公式,并以MER\|B (Mars Exploration Rover)探测器为例进行了弹道和气动受热仿真。计算结果表明,该一体化计算模型的仿真计算落点与实际落点很接近,达到了火星探测器初步设计阶段一体化的计算要求。
     

锅炉火焰监控器

国外最近研制成功一种微处理机控制的锅炉火焰状态监控系统。在火力发电和大型厂矿的工业锅炉运行中得到广泛的应用。 这个系统由三部分组成: 1.扫描头——由镜头、硅电池阵构成。测试精度高。由于没有精密的机械对正装置,而且最终校验是在中央控制系统上进行,因此安装工作极为简便。     

基于PLC和WinCC的火箭发动机热真空试验控制系统

为了验证液体火箭发动机热防护和热管理措施的合理性和有效性,模拟飞行程序全过程,考核发动机及各组合件在热真空环境下的适应性能,需要搭建热真空试验平台。试验要求考核发动机五个关键部位的试验性能,各个部位的热流值是一个随着时间变化的参数。介绍了热真空试验平台控制系统模拟真空环境及温度环境的要求、技术途径和调试过程。控制系统采用PLC和WinCC组态软件,调节模拟装置的输出功率,达到需要的热流条件;采用真空泵抽真空方式使发动机的环境压力接近真空,各项指标符合试验要求。     

系统辨识及其一个程序包介绍

系统辨识(System Identification)是指根据所测量的系统输入输出离散数据,在给定的某种准则下,确定系统的数学模型,使之最好的逼近所研究系统的动态特性。在控制系统的设计中,如最优控制器设计,控制系统参数综合,以及零极点配置等问题,都是在系统特性已知的前提下才能进行,又如在系统仿真的研究中,也要首先知道被仿真对象的数学模型,但实际上,系统特性往往是未知的,用已知的物理定理进行物理实验来建立模型,往往要遇到很多困难并花费较大代价,这些问题的提出,促进了系统辨识理论和技术的发展。     

自适应UKF在空间相机热平衡试验中的应用研究

光学遥感相机热平衡试验是研制遥感相机的必要手段,是准确获取相机热态特性的试验方法。根据试验条件的不同,试验往往需要数小时至数十小时不等的时间,才能使遥感相机达到稳态平衡温度。为缩短热平衡试验时间,提出了一种基于自适应无味卡尔曼滤波(AUKF)的热平衡试验温度快速预测方法,只需利用较短时间的温度采样数据,就能快速预测温度变化规律,获得稳态温度,大幅度提高了热平衡试验的效率。以某遥感相机热平衡试验中升温过程和降温过程的温度变化数据为例,预测了测温点从初始温度状态到达稳态温度状态这一过程的温度变化曲线,验证了基于自适应无味卡尔曼滤波的热平衡试验温度快速预测方法的有效性和可行性。     

某型导弹控制系统的鲁棒稳定性分析

研究了导弹控制系统的鲁棒稳定性。首先建立了导弹的广义状态空间模型， 针对这类难以转化为标准一阶状态空间模型或转化后少数不确定参数将以复杂的非线性函数方式扰动整个参数矩阵系统的特点， 建立了由广义模型描述不确定系统的鲁棒稳定性判据， 将其化为线性矩阵不等式（ Ｌ Ｍ Ｉ） 的形式， 从而用凸优化算法来判定。最后将所得到的结果应用于某型导弹控制系统的鲁棒稳定性分析。结果表明在所设计的控制律下， 在攻击过程中为鲁棒稳定。     

带液体晃动航天器的非线性自适应反馈控制

针对一种带液体燃料晃动的航天器,同时考虑液体晃动参数的不确定性,提出了一种参数自适应非线性反馈控制方法,抑制航天器的俯仰及横向运动,同时抑制液体燃料的晃动.针对航天器与液体燃料的固液耦合非线性模型,采用基于Lyapunov函数的设计方法设计系统的反馈控制律,运用间接自适应方法设计参数自适应律,并使用参数映射等手段来保证参数估计值在合理取值范围内.仿真结果表明,控制器可以使航天器达到渐近稳定,进而验证了控制器的有效性.     

弹性飞行器气动伺服弹性耦合动力学仿真

针对常见的轴对称串置翼布局外形,结构方面以分枝模态法为基础,气动力方面分别采用修正活塞理论和细长体理论计算升力面和旋成体机身的非定常气动力,干扰因子法考虑翼身干扰和串置翼下洗,通过控制系统敏感元件输入参数与结构振型的关系,输出控制力对结构振动的激励关系,考虑弹性振动产生的非定常气动力,建立由模态坐标运动微分方程和控制系统传递函数联合表示的受控弹性飞行器耦合系统动力学的数学模型。在此基础上,用状态空间法将结构运动微分方程和控制系统传递函数转换成状态方程,在时域内用龙格-库塔法实现系统动力学响应的数值仿真,并借以判断系统的动力学稳定性,辨识稳定性的临界参数。应用本文方法完成了算例飞行器无控状态的经典颤振及受控状态的气动伺服弹性分析,证明了方法的可行性和有效性。通过改变控制系统参数和结构参数的仿真计算,总结出这些参数的影响规律。
     

三轴飞行仿真转台频带拓宽技术研究

将广泛应用于机器人手臂控制等其它柔性控制系统的输入指令整形减振技术移植到转台应用中,并对输入指令整形器的设计方法、对系统参数变化的鲁棒性进行了探讨和研究,最后以某单轴台控制系统为对象进行了实验,结果表明,输入指令整形器以前馈的形式应用于单轴台的控制系统时,既不影响系统的稳定性,又可以很好地抑制频带拓宽时的机械谐振,而且对系统参数变化具有较高的鲁棒性.此外,因其算法简单,且容易实现和调试,所以可作为拓宽飞行仿真转台频带的一种新途径.     

液体火箭发动机试验测量系统状态检测程序设计

发动机试车准备过程中,测量系统的状态变化直接影响到发动机参数测量的准确度。为正确获得测量系统的状态变化,从测量系统的硬件组成出发,针对压力、温度等参数类型,提出了测量通道状态变化的检测判断方法。在Windows操作系统下,采用VB6.0语言,设计了相应的状态变化检测程序。试验证明:测量系统状态检测程序运行可靠,操作方便,提高了试车工作效率。     

交互式PID温度控制系统的设计

本文介绍了一种新型的PID温度控制系统。该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定；也可以通过计算机与单片机的串行通讯，实现工业过程中的交互式PID控制。     

1553B总线控制系统时间同步设计

高准确度的时间同步是实时性现场总线控制系统正确运行的基础.本文介绍了几种现场总线系统软硬件时间同步机制,针对1553B总线控制系统,通过深入分析总线协议芯片的工作时序,利用芯片内部的时标寄存器,采用软件补偿的方法,设计了一种准确度与软件和网络延迟无关的高准确度、低通讯开销的软件时间同步机制.试验表明,这种同步机制准确度可达到μs数量级.     

一种磁悬浮飞轮特定参数摄动鲁棒控制方法

针对磁悬浮飞轮位移刚度参数相比其他参数更容易发生摄动问题,在闭环状态矩阵为正规矩阵的约束下优化特征值对位移刚度的敏感度,根据最优特征值求解全状态反馈控制器参数。为了实现无状态观测器的全状态反馈控制,将控制模型增广至非最少状态空间,全部状态变量可由控制对象的输入、输出量直接计算得到。为了进一步提高鲁棒性,将等价干扰信号补偿方法应用于优化后的控制系统。仿真结果表明：位移刚度摄动达到标称值70%时,状态增广后的闭环系统仍然能够镇定系统,并且对位移刚度摄动的适应性更好,调节时间也更短;闭环系统最靠近虚轴的主导特征值离虚轴越远控制器对参数摄动的适应性越好,但控制所需能量代价越大;信号补偿方法可以在不改变主导特征值的前提下提高控制器对参数摄动的适应性。     

改进高斯混合粒子滤波的纯方位目标跟踪算法

针对纯方位跟踪系统非线性较强、传统跟踪滤波方法收敛速度慢且容易发散的问题,提出了一种基于改进高斯混合粒子滤波的纯方位跟踪算法。该算法基于Sigma点卡尔曼滤波(SPKF)和粒子滤波的特点,用有限的高斯混合模型来近似后验状态密度、系统噪声和观测噪声的分布。利用贪心EM算法实现模型的降阶,一定程度上克服了EM算法假定混合成分数为已知、迭代的结果需要依赖初始值、可能收敛到局部最大点和可能收敛到参数空间的边界的缺点,从而改善粒子枯竭的问题。仿真实验结果表明在纯方位跟踪领域,与传统粒子滤波(PF)和基于EM的高斯混合粒子滤波相比,该算法在保持高精度估计能力的同时,具有较强的鲁棒性,是解决非线性系统状态估计问题的一种有效方法。