半捷联式导引头视线转率提取算法

捷联式光学导引头的探测装置直接固联于弹体上,许多现有的制导信息处理方法都不再适用.对半捷联式导引头进行研究,根据其与常平架式与捷联式导引头不同的配置方式,推导了滚仰式和偏航俯仰式半捷联导引头视线转率提取算法,并分析了影响半捷联导引头视线转率提取精度的主要因素及误差传递关系,通过Simulink仿真验证了算法的正确性.      

考虑弹体柔性振荡的全捷联导引头制导信息提取

随着拦截导弹弹体长细比的增加和直接侧向力的作用，拦截导弹上全捷联导引头量测信息严重受到弹体弹性振荡和控制力矩激励的影响，从而造成导弹制导精度的下降。针对现有惯导安装在弹体质心附近的振荡波腹处无法敏感导引头振荡的不足，提出了一种在导引头安装微机电陀螺器件测量振荡角速率，构造差分观测量的新状态模型，通过交互式多模型的容积卡尔曼滤波算法实现对视线角速度的解耦和精确提取。通过构建导弹六自由度制导与控制仿真模型，采用蒙特卡洛打靶仿真验证了算法的有效性。仿真结果表明模型重构后的滤波算法可以将弹体振荡的均方根误差压缩到0.5°以内并有效跟踪弹目视线角速率。     

基于正余弦耦合的三轴速率平台控制结构优化

针对三轴速率平台进行三自由度的动态摇摆时出现的平台台体线性漂移问题,提出了一种基于正余弦耦合的三轴速率平台稳定回路控制结构优化方法。当三轴平台进行三自由度摇摆运动时,由于框架间角运动激励的物理耦合和角运动解耦激励的数学耦合,平台台体会产生动态漂移。首先建立三轴平台的角运动输出模型,再根据传递特性将平台基座上的角运动代入到台体伺服控制回路中得到交叉耦合误差项。其次,对比三轴速率陀螺平台和三轴位置陀螺平台在稳定回路控制结构上的异同,分析动态摇摆条件下造成平台台体出现正余弦耦合误差和台体大漂移率误差的形成机理,根据误差源进一步对三轴速率平台的稳定回路控制结构进行了设计优化。最后通过仿真和三自由度转台摇摆试验可见,摇摆过程中不再出现框架角的较大线性漂移,验证了稳定回路结构优化的正确性。     

捷联式天线平台的稳定性研究

将Rudin提出的红外成像捷联稳定模型用于天线平台的稳定,并应用不变性原理,采取匹配滤波方法,提高了稳定平台的解耦精度.具体仿真结果表明:在0.5 Hz~1.0 Hz频段解耦精度提高了35 dB.同时,在考虑传感器测量噪声的情况下,对天线平台的稳定误差进行了仿真分析,结果显示,传感器测量噪声对稳定误差有较大的影响,但通过滤波稳定误差可减小50%左右.      

机抖式激光陀螺抖动效率影响因素研究

基于机抖式激光陀螺的捷联惯导系统是航天器控制系统的关键单机之一.抖动效率是表征机抖式激光陀螺性能的重要参数,实践证明惯导系统设计对陀螺抖动效率有重要影响.通过建立系统的动力学模型,针对各系统参数对陀螺抖动效率的影响规律进行了分析研究.研究表明多个系统参数对陀螺抖动效率有着显著影响,根据分析结果给出了具体的系统设计设计方法和原则,并在某型小型化惯导的设计中得到应用和验证.研究结论对机抖激光捷联系统的小型化和多表冗余设计有一定指导意义,并提供了一种在设计阶段对陀螺抖动效率进行预估的有效方法.     

四轴陀螺稳定平台分区离散变结构控制策略及优化方法

为了有效提高四轴陀螺稳定平台伺服系统全姿态控制精度,针对变结构分区控制过程中台体大角度晃动问题,提出一种优化的四轴陀螺稳定平台控制回路分区离散变结构控制策略。在分析四轴平台框架系统运动学方程的基础上,给出了随动式分区离散变结构控制策略,通过分析执行机构与被控角速度之间的相关程度,对随动式分区离散变结构控制策略进行优化。为了进一步减小变换区域时的切换扰动,在随动式分区离散变结构控制基础上提出一种稳定式分区离散变结构控制方法,对变结构区域进行了整合和优化,有效避免了运动状态在不同区域之间切换造成的台体晃动。仿真结果表明,随动式分区离散变结构控制策略优化前后相比,X 方向台体晃动角速度减小63.5%,Y 方向台体晃动角速度减小84.5%;稳定式分区离散变结构控制策略优化前后相比,X 方向台体晃动角速度减小29.0%,Y 方向台体晃动角速度减小57.3%,有效减小了平台台体在变结构控制切换过程中的晃动,提高了控制精度。     

两轴稳定平台的过顶盲区问题

过顶盲区问题是目标在导弹的小离轴角附近区域运动时,由于框架角速率限制产生的稳定平台不能正常跟踪目标机动的一种现象.根据光电探测系统成像的几何关系,分别对直角坐标框架和极坐标框架稳定平台的目标成像关系进行了分析,进而给出极坐标框架稳定平台的过顶盲区的数学描述,并对这种盲区的成因进行了分析.结合三种情况的目标机动速度,在Matlab的Simulink环境下对极坐标框架稳定平台的过顶盲区现象进行了仿真.最后,基于分区域变参数的PID控制方法,给出了目标在过顶盲区内作垂直向上机动时的一种控制方案,并与普通PID控制进行了对比仿真研究.实际仿真结果表明,通过数学分析得到的极坐标框架稳定平台的过顶盲区模型与实际情况相符合,并且基于分区域变参数的PID控制方法能够改善极坐标框架稳定平台的跟踪特性.      

三轴陀螺稳定平台伺服回路全姿态解耦及变增益控制方法

在载体大机动飞行背景下,要求惯性平台具备全姿态的功能。国内现有的三轴陀螺稳定平台（简称三轴平台）不具备全姿态的功能,在内框架增加了限位挡钉以限制内框架角的工作范围,主要是基于内框架角不能工作在接近于?90?的认识。为了准确描述全姿态条件下三轴平台的运动规律,本文指出了传统动力学推导过程中的不足之处,重新建立了三轴平台的动力学模型,基于该模型给出了非奇异的全姿态伺服回路并提出了一种新的全姿态解耦方法,包括力矩解耦和转动惯量解耦。最后,针对转动惯量在框架转动过程中非定值的问题,提出了基于H∞控制理论的变增益控制策略。仿真结果表明,变增益控制器相对定常参数控制器可显著改善三轴平台伺服回路控制的性能。     

光流/惯导多传感器信息融合方法

将光流传感器多点布置在弹体上,建立了纵向平面内的弹体运动学模型和光流传感器量测模型,利用离散卡尔曼滤波器对光流信息和速率陀螺信息进行融合,估计弹体的高度、姿态和速度信息,并利用估计信息进行了超低空飞行的高度控制仿真,仿真结果表明:利用多个光流传感器和一个速率陀螺,可以准确地、实时地估计出弹体的高度、垂直速度、俯仰角、俯仰角速度和攻角等信息,并可利用这些信息实现导弹的超低空突防任务.     

柔性隔振结构影响下控制力矩陀螺的动力学建模与仿真#br#

近年来,控制力矩陀螺逐渐广泛应用于航天器姿态控制中.为了减小动量轮的高速旋转引起的振动对星体的影响,需要在控制力矩陀螺于航天器之间安装隔振装置.但是隔振装置的引入对控制力矩陀螺内部机构的动力学特性造成了影响.基于此,本文建立了柔性隔振机构耦合作用下的控制力矩陀螺动力学模型.本文通过欧拉角变换建立了陀螺内部各机构的运动学关系,使用能量方法建立了陀螺内部各结构的动力学特性.并在Matlab中进行了数值仿真与分析.通过仿真发现了隔振结构对陀螺的输出力矩产生了影响,在柔性支撑下的陀螺力矩存在明显波动,且波动范围随动量轮转速的增加而增加.同时,柔性隔振机构的引入还导致了干扰力矩的产生,该干扰力矩对控制力矩陀螺框架电机的控制存在较大影响.     

基于自适应反步的DGMSCMG框架伺服系统控制方法

针对双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)内、外框架伺服系统耦合力矩及传动机构的非线性传动特性影响框架角速率精度的问题,提出一种基于自适应反步的非线性鲁棒控制器的设计方法。首先分别就双框架伺服系统耦合力矩及框架传动机构的非线性传动特性对系统稳定性和角速率精度的影响进行分析;其次利用反步理论,通过构造适当的Lyapunov函数并逐级反推得到控制律,保证参数估值的收敛性和系统的全局稳定性;最后通过仿真分析并以小型DGMSCMG系统为对象进行实验,结果表明:与电流前馈控制比较,所提出的自适应反步控制方法,既增强双框架伺服系统的扰动抑制能力,又提高框架角速率精度。      

柔性支撑控制力矩陀螺动力学建模与控制

针对柔性支撑引起控制力矩陀螺(CMG)框架控制性能下降的问题,建立了柔性支撑条件下控制力矩陀螺的动力学模型,分析了柔性支撑扰动力矩的耦合机理并给出了解析模型.据此,设计了 一种积分滑模控制策略,用于提升对CMG框架动力学特性变化和新增扰动力矩的鲁棒性.仿真结果表明,该控制策略相比传统的PID控制具有更好的动态过程和稳态...     

动力调谐陀螺安装倾斜角引起的误差分析

在动力调谐陀螺的装配过程中陀螺和平衡环的中心轴总是不可能完全与驱动轴轴线重合,因此存在一定的安装倾斜角.通过对转子和平衡环的受力分析及陀螺的运动状态分析,并利用理论力学知识,建立了在考虑陀螺与平衡环安装倾斜角和陀螺壳体具有加速度和角速度条件下的运动方程,得到了安装倾斜角造成的干扰力矩表达式,并进行了讨论.分析结果表明:陀螺及平衡环的安装倾斜角对动力调谐陀螺的调谐条件有影响,此干扰力矩与壳体的运动状态无关而与力矩器对转子的作用力有关.因此,在装配中应尽量做到陀螺、平衡环及驱动轴的轴线重合,以便减小对动力调谐陀螺的调谐条件的影响.      

捷联惯导系统最简多位置解析对准

传统的多位置解析对准方法一般要求将捷联惯导系统(SINS)安装在一个伺服平台上并绕天向轴旋转90°或180°,这对工程带来不便,且伺服平台的精度会影响多位置解析对准的精度.针对这一问题,提出最简多位置解析对准方法,指出任意两位置是实现SINS多位置解析对准所需的最小条件,即通常理论上任意两位置可解算出惯性测量单元(IMU)的常值偏置,给出了计算方法,并通过仿真实例加以说明和验证,可以作为一种简易初始对准或现场标定方法.另外通过解析方法指出在特殊姿态下,某单一轴向的加速度计常值偏置或陀螺常值漂移可以直接被较好地估计出来,结论可用于进一步改进多位置对准方法.      

混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型

混合式惯导系统作为一种新型惯导系统,具有三轴全姿态物理平台、捷联姿态算法和系统装机自标定等特点。针对以上特点,为提高其导航定位精度,在混合式惯导系统框架角约束方程的基础上,利用姿态四元数代替欧拉角描述混合式惯导系统中三轴物理平台的转动,建立了一种混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型对其进行误差系数标定。针对该模型的特点,对传统的无迹卡尔曼滤波（UKF）算法进行改进,提出了一种基于奇异值分解的四元数无迹卡尔曼滤波（SVD-QUKF）算法进行模型误差系数辨识。仿真和试验结果表明,基于SVD-QUKF算法,四元数连续自标定模型能够以低于1%的相对误差标定出混合式惯导系统所有的误差系数,在标定精度和计算速度上相比基于传统UKF算法的框架角自标定模型都具有一定优势。      

双框架控制力矩陀螺奇异性分析

针对双框架控制力矩陀螺群的奇异性问题,定义了框架坐标系;提出了显隐奇点的ε-δ定义,并对奇点进行了3种分类;将陀螺群的角动量在奇点进行了泰勒展开,并定义了空转的判定条件;分析了陀螺群陷入奇异与各角动量相互平行的关系;针对定常转速且角动量大小相等的不限定框架构型的陀螺群的奇点问题,给出了内奇点必是隐奇点的严格证明.通过三正交构型20°纬度圈的最小显奇点的实例验证了内奇点必是隐奇点的论点.      

基于ADRC的MSCMG框架系统高精度控制

针对非线性摩擦和外部随机扰动影响磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG, Magnetically Suspended Control Moment Gyroscope)框架系统角速率精度的问题,提出了一种基于自抗扰控制器(ADRC, Active Disturbance Rejection Controller)的高精度转速控制方法.通过三阶扩张状态观测器将框架系统负载力矩、非线性摩擦力矩及外部随机扰动力矩作为"总扰动"进行估计,并对该扰动力矩进行补偿.仿真及实验结果表明:基于自抗扰控制器的框架系统控制方法使框架转速精度和稳定度提高了50%以上,且具有抗干扰能力强和动态特性好的特点.