基于势能守恒的微低重力模拟系统

为满足航天任务验证和航天员地面训练需求,研发一种基于势能守恒原理的微低重力模拟装置.以该微低重力模拟系统为研究对象,对重力补偿原理进行推导,导出弹簧刚度与系统构件惯性参数间关系;采用La-grange第二类方程建立系统的动力学模型,基于Matlab软件仿真验证航天员经该微低重力模拟装置进行重力补偿后的静力学、动力学特性...     

基于势能守恒的被动式微低重力模拟系统平衡因素研究

航天工程的发展对微低重力环境的地面模拟提出了长期使用、部署方便的要求,基于势能守恒的被动微低重力模拟系统是一种合适的手段。由于系统的摩擦、阻尼、自身重力等非理想特性,该类系统的模拟精度、动态性能、性能稳定性受到很大影响。本文针对势能守恒系统中的关节力矩和阻尼展开分析,依据第二类 Lagrange 方程建立动力学模型并结合仿真进行验证分析,得出关节力矩、弹簧组件中阻尼是影响被动式微低重力模拟系统平衡的关键控制参量。同时根据系统受激励后的特性确定了一种阻尼系数取值的单曲函数定量约束的方法,并且进行了案例研究,为相关系统的平衡性研究提供了定量依据和分析方法。     

主操作手重力补偿下的时延控制

针对自主研制的应用于外科手术的三维力反馈型主操作手的重力补偿问题,对主操作端控制中产生的时延进行深入分析,利用多线程、多事件技术尽可能降低主操作端的时间时延。通过矢量分析的方法得到电机为平衡位置机构静力平衡所需的输出力矩。分别在ADMAS和MATLAB环境下,进行仿真对比分析。仿真结果验证了建立的系统动力学模型的正确性。该重力补偿方法可以满足主操作手的重力平衡要求。     

系绳拖曳半物理试验装置设计与方案可行性验证

空间绳系系统需进行地面试验,以验证其理论研究结果的正确性。针对其非线性动力学模型较为复杂,地面难以模拟太空复杂情况而不易开展全物理试验的问题,设计了系绳拖曳地面半物理仿真试验装置。其中,仿真系统中系绳收放与张力控制部分以实物的方式引入仿真回路,拖曳过程中系统动力学部分以数学模型描述并转化为仿真计算模型,与实物部分构建成半物理仿真闭合回路。采用基于模糊PID的主从位置闭环控制器对张力控制器进行控制,搭建半物理试验装置拖曳过程simulink仿真模型,对闭合回路实现仿真计算以验证半物理试验装置方案设计的可行性。仿真结果表明：(1)张力控制器满足半物理加载机构对模拟被动星的系绳控制指令要求;(2)半物理试验装置设计方案原理正确,可通过模拟不同工况下动力学模型特性,考核系绳收放装置性能。     

三轴姿态控制仿真系统快速自动精确调平方法研究及仿真

基于三轴气浮转台的航天器姿态控制仿真系统在进行地面实验时,往往会受到由于重心与气浮球轴承球心不重合带来的重力干扰力矩的影响,降低仿真实验结果的可信度。该文针对现有调平手段用时长、精度低的问题,提出了一种可以快速自动精调平的方法,该方法利用仿真系统实验的稳态阶段过程动态变化小的特点,可以精确地估计并补偿重力干扰力矩,可为航天器姿态控制地面全物理仿真实验提供近似零干扰力矩的仿真环境。建立了重力干扰力矩的数学模型和基于动量执行机构控制的地面全物理仿真系统的动态系统数学模型,设计了系统稳态控制阶段干扰力矩观测器和补偿方法,介绍了自动调平的硬件机构。最后通过实际仿真实验证明了该方法的有效性。实验结果表明,这种自动调平方法可快速将由重力引起的10mNm量级干扰力矩减小到1mNm以内,满足航天器姿态控制地面仿真的需要。     

载体驱动硅微机械陀螺的电学模型研究

本文针对载体驱动硅微机械陀螺的动力学特性，建立了基于微机械陀螺机械振动特性和电学特性的等效电路模型，利用电学模拟工具Pspice对模型进行了验证。模拟分析与实验结果表明，采用机电模拟方法建立的微机械陀螺电学模型可替代动力学模型，用于接口电路的设计与仿真， 利用该模型设计的电路能满足载体驱动硅微机械陀螺性能指标的要求。     

基于专家决策的TSC+DSTATOM混合无功补偿装置

针对传统晶闸管投切电容器(Thyristor Switcher Capacitor,TSC)只能分级补偿,补偿精度差,响应速度慢和配电网静止同步补偿器(Distribution Static Var Compensator,DSTATCOM)造价高,补偿容量不大的缺点,提出一种由TSC和DSTATCOM构成的混合无功补偿装置。该系统能够结合TSC补偿容量大、成本低和DSTATCOM连续补偿且补偿精度高的优点,采用基于专家决策的控制策略,使两者相互协调运行。对混合无功补偿装置结构和原理进行介绍,并对补偿原理进行分析,设计基于专家决策的混合型动态无功补偿器(Hybrid Var Compensator,HVC),再分别描述两者的装置和控制策略,最后通过Matlab仿真,验证该装置达到了高精确度的混合无功补偿要求。     

单周控制新型静止无功发生器的应用研究

针对配电网中电能质量低的问题,在无功补偿系统中运用新型静止无功发生器(ASVG)实现无功补偿;在分析单周控制(OCC)技术和单周控制新型静止无功发生器(ASVG)工作原理的基础上,利用单周控制形成的PWM波,对单相ASVG进行控制;设计单周控制的数字控制器,达到系统所需的无功补偿效果.对单相ASVG进行建模以及闭环控制的Matlab/Simulink的仿真,并进行实验验证.实验结果表明该装置在单周控制下,直流侧电容电压在工作过程中波动较小,动态响应速度较快,稳态补偿精度能够满足工程中无功补偿的需要.     

具有窄带分级功能的气流粉碎分级系统的研究

本文针对磨料微粉加工中需将粒度分布控制在特定范围的要求，基于流化床气流粉碎、涡轮分级的特性，配置根据康达效应设计的惯性分级装置，通过理论分析和实验验证，表明了该系统可以很好地满足磨料微粉加工的要求     

基于RINSIM仿真平台的汽水分离再热器系统动态仿真

为了能够实时、准确、全工况地模拟汽水分离再热器系统的工作过程及热力特性,本文采用了RINSIM仿真平台建模方法建立了汽水分离再热器系统的实时动态仿真模型。在此基础上,对建立的模型进行典型稳态工况与动态工况数据分析。结果表明,该系统模型与实际系统特性相吻合,能够准确地反映出系统内部的动态响应特性,验证了模型的准确性与可靠性,满足仿真设计要求。     

基于前馈解耦的多电平静止无功发生器控制

传统无功补偿装置存在损耗大、输出电压低等缺点,难以满足现代电力系统电网电压等级和容量要求,通过建立系统的数学模型,设计了级联H桥多电平静止无功发生器.针对系统强耦合性的特点,内环采用基于前馈解耦的PI控制,外环应用PI控制.仿真结果表明:所提出的控制策略具有动态响应速度快、稳态精度高、补偿效果好等优点.     

改进型补偿模糊神经网络故障诊断系统

在模糊逻辑与神经网络融合的基础上,引入补偿运算单元,构成补偿模糊神经网络,使网络从初始定义的模糊规则进行训练,再动态的优化模糊规则,提高网络的容错率和稳定性.针对网络训练的不同阶段对学习速率的不同要求,提出一种具有分段可变学习速率的补偿模糊神经系统,可以提高网络的整体性能,实现动态的、全局优化的运算.故障诊断仿真研究表明:模型具有更好的收敛特性,能够大大的缩短训练时间,减少训练步数,提高误差精度.     

基于边缘增强模板匹配的PTZ主动目标跟踪系统

为实现对运动目标的动态跟踪,设计了基于PTZ摄像机的主动实时跟踪系统,实现对高关注度目标进行持续跟踪。该系统采用背景建模方法检测当前视野中的运动目标并进行跟踪,针对感兴趣目标采用基于边缘增强模板匹配(EETM)方法进行主动跟踪,并提出了一种简单有效的PTZ摄像机控制方法。采用海康威视球机进行测试,测试结果表明:该系统利用低成本PTZ摄像机可以实现对静态场景和动态场景中目标的检测和跟踪,对感兴趣目标进行主动跟踪,PTZ摄像机控制平稳,能够满足实时性的要求。     

感应电动机电容补偿起动系统的建模和仿真研究

建立了三相感应电动机电容补偿起动系统在d-q静止坐标系下的数学模型，模型中考虑了转子参数随转速变化的因素．根据所建立的数学模型，构造了基于MATLAB／SIMULINK的动态仿真模型．通过实例对三相笼型感应电动机的电容补偿起动过程进行仿真计算．仿真结果表明，感应电动机采用电容补偿起动，可以降低起动电流，提高电机起动转矩，缩短起动时间．     

同步收放线装置的设计与实现

由于光缆质地脆、机械强度差,为保证其使用寿命,进行收放线操作时需要实现线缆张力的精确控制。针对现有收放线结构不能实现精细化收放的缺点,研究了一种用于高速移动测试车辆的通讯光缆同步收放线装置。在满足实验设备与主控端的远距离高速通讯需求的前提下,设计了两级缓冲机构避免设备运行时光缆受到较大冲击。采用前馈+PID闭环反馈控制策略,在系统运行过程中通过离合器进行张力补偿控制,实现了收放光缆过程中张力的自动调节。为了优化控制参数,采用MATLAB建立收放线系统的数学模型,仿真结果验证了所提出控制策略的可行性与有效性。现场测试表明,该收放线装置具有响应速度快、张力控制准确、收放线精细化程度高等优点,可满足不同应用场景下高速收放线的需求,并可为野外应急通讯情况下通讯线缆的布设及回收应用提供参考。     

静态并网型分布式发电模拟装置的研究与实现

实验室条件下的测试分析是研究光伏、风电等分布式发电并网运行规律的重要环节。研究并实现了基于全数字控制变流电路的分布式电源静态模拟装置。装置以有源DC/AC逆变器为核心,实现了其功率变换电路;可同时调节注入电网的有功功率和无功功率,以简化型特定消谐脉宽调制方法(simplified selective harmonic elimination PWM—SSHEPWM)和电流矢量跟踪控制为基础实现了完整的控制策略;可在较宽范围内快速准确地调节并网功率,并避免对电网的谐波污染。介绍了装置的系统结构与总体思路,分析了SSHEPWM原理,推导了系统动态模型,提供了电流矢量跟踪控制的实现流程。实验测试表明,该装置可灵活有效地模拟分布式电源的输出特性,能满足相关研究需要。     

一种冗余配置的MEMS单轴旋转式惯导系统设计

针对载体运动削弱旋转调制效果这一问题,提出了一种在旋转轴向冗余配置一枚与载体捷联的轴向陀螺,利用其敏感信息为电机提供反旋信息,从而隔离载体轴向运动的方法。利用中低精度MEMS器件,从惯性测量系统结构入手,突破传统旋转调制系统结构限制,设计了可自由旋转的单轴旋转式微惯导系统,并且解决了数据不同步的问题,实现了MIMU的自由旋转,补偿了系统安装误差角,进行了静态与动态导航试验,结果表明,该系统可有效实现旋转调制,在减小微惯导系统测量误差的同时,为后续深入开展旋转调制研究工作提供了硬件基础,具有一定的工程应用价值。     

非线性动态传感器系统 Hammerstein神经网络补偿法

针对传感器动态特性中存在非线性的问题,提出一种基于Hammerstein传感器模型的非线性动态神经网络补偿法。先将补偿模型分解为与Hammerstein模型对应的线性动态与非线性静态2个环节;再设计一种新型的神经网络结构,使网络权系数对应于相应的Hammerstein补偿模型参数,并推导反向传播的网络权系数调整方法;最后通过网络迭代训练,求得补偿模型的线性动态与非线性静态两个环节。仿真与实际实验结果均表明该传感器非线性动态补偿方法使传感器具有理想的输入输出特性。