X-Y式光电跟踪系统虚拟样机建模及仿真分析

结合动量定理和动量矩定理分析了X-Y式光电跟踪系统的动力学特性,建立了X-Y式光电跟踪系统的非线性模型,并用虚拟样机技术对其非线性模型进行仿真.理论分析与仿真结果表明,当X轴和Y轴均以较高的角速度或角加速度运动时,因非线性关系所导致的扰动力矩会严重影响系统的跟踪精度,当X-Y式光电跟踪系统的X轴相对其各惯性主轴的转动惯量相等时,可彻底解决X轴与Y轴之间的运动偶合关系.     

极坐标捷联式视觉导引平台的机电建模与仿真

极坐标结构捷联式视觉导引平台为系统的轻小型化提供了一种解决方案,同时也具有较好坐标捷联式框架的运动学关系:基于刚体定点运动欧拉动力学原理,建立板坐标捷联式视觉导引平台的动力学模型;针对两轴框架的驱动电机,进一步建立包含电机电流环和力矩环的机电模型.最后结合实际数据,对所建的机电模型进行了仿真验证,并对干扰力矩和机体运动耦合作用对框架角速度和角度的影响进行了分析.仿真和分析结果表明:干扰力矩对框架角速度和角度有较大幅值的影响,需要机械的方法和增加补偿环节的方法加以消除;机体运动耦合作用对框架角速度和角度也有影响,并且这是系统固有的特性,只能通过补偿环节加以消除.     

捷联式天线平台双通道耦合目标跟踪滤波器设计与仿真研究

采用传统速率陀螺稳定平台的导引头角跟踪系统可以直接提取用于比例导引的惯性视线角速率，而采用捷联稳定方案后，天线平台的角跟踪系统失去了直接测定视线角速率的能力，视线角速率需要通过数字计算的方法来提取。同时由于视线的旋转，实际的角跟踪系统方位和俯仰两个通道之间存在交叉耦合，与速度跟踪系统之间也具有参数耦合关系。针对上述问题，提出双通道耦合目标跟踪滤波器的设计方法，并在考虑与捷联稳定控制系统及速度跟踪系统信息相互融合的情况下，对整个角跟踪系统进行了闭环仿真，对捷联式天线平台角跟踪系统的性能进行了系统的分析。结果表明：角跟踪系统方位与俯仰通道滤波值能很好跟踪真值，提出的设计方法在捷联式天线平台角跟踪系统中的应用是有效的。     

基于扩张观测器的反射镜平台自适应鲁棒控制

针对反射镜稳定平台视轴运动强耦合和非线性的特点,同时考虑外界干扰力矩和建模误差的不确定性,设计了一种基于扩张观测器的反射镜稳定平台自适应鲁棒控制器。首先,利用光学矢量理论和动量矩定理建立了某型反射镜稳定平台的动力学模型。然后,在此基础上,引入非线性自适应鲁棒控制器,对摩擦参数和转动惯量等系统参数进行在线调整,对摩擦力矩进行了有效补偿,并保证了自适应学习的稳定性。同时,采用扩张观测器准确的获取了未知外界干扰力矩。最后,仿真和实验结果表明了所设计的控制器在隔离外界扰动和提高跟踪精度方面的有效性和可行性。     

BTT导弹自动驾驶仪LQG/LTR积分控制设计

为实现BTT导弹准确跟踪指令的要求,采用LQG/LTR积分多变量控制方法设计自动驾驶仪。以某飞机型BTT导弹为例根据其气动特点建立了俯仰独立、偏航-滚转耦合的气动模型,分别设计了俯仰及偏航-滚转通道自动驾驶仪,对设计结果进行仿真。仿真表明所设计的自动驾驶仪能够很好的跟踪指令,鲁棒稳定定性较强,具备一定抵抗通道间耦合的能力。     

基于反步法的空间目标复合指向控制方法研究

针对空间动目标高精度姿态跟踪控制问题，提出一种由卫星和二维转台组成的复合平台姿态高精度控制方法。首先建立复合平台耦合动力学模型，其次针对卫星本体设计反步法控制器实现粗跟踪。当姿态误差满足一定的切换要求时，粗跟踪误差作为二维转台的目标输入，二维转台采用基于负载观测器的模型预测方法辅助卫星本体进行姿态精跟踪控制，从而实现复合平台的高精度姿态控制。此外，设计了非线性干扰观测器，用来估计耦合运动对卫星本体产生的干扰力矩。数值仿真结果表明，所提出的复合平台姿态控制精度可以提高一个数量级，可以实现高精度姿态跟踪控制，为航天工程实践提供一定的理论基础。     

六轮独立驱动月球车的动力学与控制研究

为了实现月球车的运动控制,对六轮独立驱动月球车的动力学与控制进行了研究.根据六轮月球车的机构组成和结构特点,建立了车轮的运动约束方程,并根据非完整约束系统的特性,建立了月球车的劳斯方程.提出了基于模型的车轮计算力矩控制方案,并利用MATLAB/SimuHnk对月球车跟踪直线和圆弧轨迹的车轮控制方案进行了仿真分析.研究结果证实了控制方案的可行性.'该研究工作为月球探测车的运动控制及自主避障功能等奠定了理论基础.     

仿鸟扑翼飞行器的时变反馈镇定

针对仿鸟扑翼飞行器的欠驱动特性,提出了一种简化其飞行控制问题并实现其局部渐进稳定的控制方法.首先分析仿鸟扑翼飞行器的动力学和运动学模型,证明其控制问题等价于升力、推力、俯仰力矩和横滚力矩独立可控情况下的姿态控制问题;进一步分析的结果表明,仿鸟扑翼飞行器的升力、推力、横滚力矩和俯仰力矩都是独立可控的,因此可将其控制问题等价为两控制器刚体的姿态控制问题.通过设计光滑时变反馈控制律实现对姿态控制的局部渐进稳定,从而解决扑翼飞行器的飞行控制问题.     

对接端口间相对运动耦合动力学建模

为提高对非合作目标在轨服务任务的成功率,本文建立了两航天器交会过程的非质心点间耦合相对运动动力学模型。从传统点质量相对运动模型入手,考虑两航天器相对姿态运动和服务航天器绝对姿态运动产生的耦合作用,建立对接端口间的耦合动力学模型。分析耦合作用的种类：航天器所受外力矩产生的动力学耦合;相对姿态四元数、相对姿态角速度和服务航天器绝对姿态角速度产生的运动学耦合。最后设计了滑模控制器,实现对接端口间无碰撞安全对接。数学仿真证明,该耦合作用在交会接近过程中具有显著影响,因此不可被忽略。     

一维干涉仪体制运动单平台定位算法和仿真分析

先前的相位差变化率定位方法中不仅需要相位差变化率参数,还需要获取方位和俯仰信息,而这通常需要利用二维相位干涉仪来实现,在一定程度上增加了平台的载荷负担.针对航空平台ESM设备普遍采用一维相位干涉仪的实际情况,提出了一维干涉仪体制下的运动单平台无源定位算法,该算法通过采用圆锥向角代替方位和俯仰角并与相位差变化率及目标高程先验组合即可实现对目标的瞬时定位,利用Monte-Carlo仿真实验计算和分析了算法的定位误差,得到了干涉仪安装方式和平台姿态模式的优化原则,分析了目标先验高程误差对定位精度的影响.针对测量精度较低的情况,引入中心差分滤波算法对累积测量进行处理以提高定位跟踪精度.研究表明,这些有益结论可以为系统的设计和工程应用提供理论指导.