面向悬浮光力系统的集成化反馈控制器研究

悬浮光力系统具有高灵敏度、高稳定性和低耗散等特点,有望发展成为新型高性能力学传感器。针对目前悬浮光力系统存在的反馈控制器兼容性差、软硬件成本高、集成度低等问题,提出了一种兼容多种反馈控制模式的软硬件设计方案,并研制了一套高度集成的反馈控制器,在160 mm×170 mm×42 mm的尺寸上集成了六通道模数/数模转换器、滤波器、现场可编程门阵列+微处理器(FPGA+ARM)等功能模块,并且开发了基于数字锁相环和比例积分微分(PID)控制器的控制算法,最终在同一套硬件系统上实现了跨尺度微粒的运动信息采集和反馈控制,以及数十赫兹至亚兆赫兹的感知带宽。实验结果表明,该集成反馈控制器能够实现超高真空(10^-6 Pa量级)下亚微米及微米尺度微粒的稳定悬浮和运动控制。在扩展系统感知带宽的同时减小了整体体积,为悬浮光力传感技术的器件化奠定了基础。     

基于H-矩阵/QFT的鲁棒解耦多变量控制在SRLV姿态控制中的应用

将H-矩阵理论应用到传递函数对角优势化过程中,同时结合定量反馈频率自动整形原理,进行可重复使用亚轨道飞行器的多变量控制系统频域反馈补偿器的设计,从而达到削弱强耦合的目的。该方法通过使用H-矩阵理论,结合定量反馈考虑参数不确定性的优势,得到反馈补偿器的频域边界,因此,解耦结果对参数不确定性具有较强的鲁棒性。仿真验证表明,该方法有效地削弱了通道间的耦合,降低了控制器的设计复杂度。     

智能结构的建模技术初探

智能材料具有自监测、自控制和自修复等一系列"智能"功能,近年来得到了飞速的发展。尤其在航空航天工业中展示了广阔的前景。主要分析内部嵌有压电材料的复合材料智能板。首先给出智能材料的本构方程,接着分析了智能板的平衡方程,并对其有限元的建模技术进行了讨论。最后列举了复合材料智能板的具体应用。     

大型挠性航天器的鲁棒模型预测姿态控制

针对大型挠性航天器的三轴姿态控制问题,考虑了控制输入约束,设计了鲁棒模型预测姿态控制器。首先,将模型预测控制应用到不考虑扰动的标称挠性航天器系统中,通过求解优化问题推导预测控制律,从而得到三轴姿态的标称轨迹。然后,为有效处理大型挠性附件振动对中心刚体姿态造成的扰动,针对带有扰动的挠性航天器实际姿态控制系统,设计由最优状态与实际系统状态的误差构成的辅助反馈控制器,使实际系统状态维持在以标称轨迹为中心的“管道”(Tube)不变集内,并驱使实际系统状态到达标称轨迹上,最终沿着标称轨迹到达平衡点。仿真结果表明,在鲁棒模型预测控制的作用下,实现了姿态角的快速精确跟踪,有效地处理了由大挠性附件振动对中心刚体姿态产生的扰动,增强了系统的鲁棒性。     

持续适航文件人为因素浅析

持续适航文件和其他技术出版物是由飞机制造商提供的保持飞机固有安全性水平的重要资料。对持续适航文件编制过程中影响文件质量的人为因素问题进行了分析,并对如何提高文件质量提出了建议。     

蒸发液滴空间实验研究的图像反馈控制系统

提出了一种利用图像反馈控制系统测量液滴蒸发速率的方法.该系统主要由图像采集、图像处理、反馈控制三个部分组成.其工作原理是对CCD采集到的液滴图像进行分析,得到液滴的物性参数,利用控制注液器动态注入来维持液滴的大小,由此得到单位时间内的注入量,即液滴蒸发速率.或通过对液滴图像几何尺寸的计算,得到单位时间内液滴的变化量,进而得到液滴的蒸发速率.为了从动态变化的图像中准确找到液滴的轮廓,简单介绍了基于拉普拉斯方程,运用牛顿法和龙格库塔法等数值方法,对图像轮廓进行拟合的算法理论.以拟合得到的液滴轮廓为基础,利用数值积分计算液滴的表面积和体积,从而由体积的变化量确定蒸发速率.介绍了图像反馈控制系统的软件结构和硬件结构.并给出了利用其进行液滴蒸发测量得到的实验结果.该系统是为我国SJ-10返回式卫星上蒸发与流体界面效应空间实验研究项目专门开发的.      

基于奇异摄动与反馈线性化的滑翔制导律

针对高超声速再入飞行器最远距离滑翔制导关键技术,设计了一种新型制导律.首先,利用奇异摄动理论对再入飞行器状态变量进行两个时间尺度的划分,将系统状态方程分解成两个低维子系统.然后,应用最优控制理论得出慢时间尺度上的解,并将其作为降维后的最优参考轨迹;在此基础上,利用非线性微分几何反馈线性化方法,设计快时间尺度制导指令,实...     

反馈系统中PID控制器特性分析

PID控制器自发明以来,被广泛应用于工业控制领域,但必须针对被控对象选择合适的参数,才能使闭环反馈系统获得良好的瞬态和稳态特性。文章分析了PID控制器参数对系统特征方程根的影响,指出调整PID参数可以确定系统特征方程的极点,使系统获得满意的闭环特性;并用仿真结果证明了PID控制器可使具有延时、积分特性的被控对象得到良好的特性。     

Dynamics and autopilot design for endoatmospheric interceptors with dual control systems

The nonlinear system model of an endoatmospheric missile whose attitude is controlled by tail fins and reaction jets is presented. By choosing the divert accelerations and rotational rates as output variables, the internal dynamics of the nonlinear system are derived and are proved to be bounded under a bounded input. The blending principle of the reaction jets and tail fins is addressed to ensure that the normal acceleration is principally maintained by angle-of-attack or sideslip angle. An autopilot is designed by using the feedback linearization technique. Results of a numerical simulation of an autopilot design example show the effectiveness of the proposed blending principle and the autopilot design.     

新型两线制仪表校验仪

介绍了两线制仪表校验仪的电路组成、工作原理、线路分析及技术特点,分析了该校验仪的误差来源及对整机不确定度的评估和验证。