基于陀螺仪及加速度计信号融合的姿态角度测量

针对在四旋翼飞行器姿态控制中传感器数据存在噪声干扰和测量误差,以致单独使用陀螺仪与加速度计不能得到最优姿态角度的问题,建立陀螺仪和加速度计误差的数学模型,采用卡尔曼滤波方法,实现数据融合,有效地提高了姿态检测系统的检测精度.该方法被成功应用于四旋翼飞行器的飞行姿态角度控制中,验证了其良好的噪声抑制能力,提高了系统对环境变化的适应性.     

陀螺仪转子惯转对陀螺运动的影响

反坦克导弹控制系统中,自由陀螺仪作为导弹姿态控制的基准,陀螺仪转子一般在惯转下工作.通过理论分析及试验证明,由于陀螺仪转子惯转使陀螺精度降低,为了满足控制精度要求,陀螺仪在导弹上安装必须遵守一定的准则.为了提高转子惯转下陀螺仪的精度,设计陀螺时,对陀螺转子的最高转速应有一定的限制,在保持平均动量矩不变的前提下,适当降低转速,增加转子的转动惯量,实践证明是提高陀螺仪精度的可行办法。     

挠性卫星姿态快速稳定智能控制

针对挠性卫星本身存在的参数不确定性和外部扰动的控制问题,设计了以径向基函数神经网络和小脑神经网络为基础的复合变结构智能控制器.该控制器利用变结构控制系统对被控对象的模型误差、参数变化及外扰等的不敏感性的优点,再结合神经网络能够迅速逼近未知函数、泛化能力强的特点,可以适应挠性卫星参数不确定性和抑制外加干扰,实现对挠性卫星的有效控制.仿真结果表明复合控制能够提高卫星姿态的稳态精度和快速性.     

双轴陀螺稳定机构动力学建模与仿真

目的为机载雷达稳定系统的结构优化设计提供建模理论。方法首先根据双轴陀螺稳定系统的结构特点得到其简化模型;然后根据各部件的运动关系建立了各关键点速度之间的关系,得到各部件的动能及整个系统的动能;最后根据拉格朗日方程建立了该双轴陀螺稳定系统的动力学方程。结果以××航天器天线姿态稳定系统为例,在给定初始条件下用Runge Kutta数值方法对系统的动力学模型进行了数值仿真,从而为陀螺机构的动力学优化设计奠定了基础。结论该方法对于航天工程实际应用具有十分重要的参考价值。     

微机械陀螺仪的性能分析

研究了微机械振动轮式陀螺仪的工作原理和实现方法,提出了保证测量精度,提高动态测量带宽的闭环控制系统。从动力学模型出发,推导此类陀螺的检测输入角速度灵敏度,开环、闭环传递函数,交流反馈控制提取同相分量和抑制正交分量的原理,以及闭环控制改善动态测量频带的方法。分析指出,对于中等精度的微机械陀螺,采用静电力再平衡回路控制是必要且可行的。     

盾构姿态的模糊控制方法

对盾构的姿态控制进行了模糊控制方法的研究 .针对盾构控制的特点 ,提出了一种“先分后合”的模糊控制器的设计方法 ,这一方法可以大大减少控制规则的数量 ,从而极大地减少了确定这些规则的工作量 ,而且使控制器的性能易于调节 .仿真结果表明了方法的有效性     

高精度伺服稳定跟踪平台数字控制器研制

以陀螺伺服稳定跟踪平台为背景，介绍了以DSP为处理核心的平台数字伺服运动控制器的研制．指出惯性速率环和电机速度环的本质不同；提出增加电机转矩(电流)环用于提高电机输出转矩线性度的方法，从而达到提高惯性速率稳定环的控制效果；介绍了以CCD图像或增量式码盘测角组成系统位置闭环，以光纤速率陀螺作为惯性速率反馈传感器组成系统速率闭环，附带电流反馈组成电机转矩(电流)环和速度、加速度前馈装置的前馈一反馈复合控制系统．组成伺服跟踪平台系统联调后测试结果表明，系统具有良好的动、静态性能指标和很好的控制效果．     

一种光纤陀螺仪的开发

介绍了应用前苏联Fizoptika公司生产的 94 1 3AM光纤陀螺传感器 ,利用单片机最小系统开发了角速度测量和旋转角度测量仪 ,可测量旋转物体的角度和角速度 .给出了光纤陀螺仪的硬件组成、软件设计思想及标定方法     

重力梯度稳定微小卫星大角度机动最优控制的遗传算法

为满足小卫星设计要求 ,针对重力梯度稳定微小卫星 ,建立了其大角度姿态机动的动力学模型 ,并应用Pontryagin极大值原理进行了最优控制问题的研究。同时 ,将遗传算法引入卫星姿态控制的数值计算中 ,求解最短时间控制问题和能量最优控制问题 ,发展了一种新的最优控制问题的计算方法 ,避免了对迭代初值进行猜测的困难 ,提高了计算效率。以“清华一号”微小卫星为算例进行了数值仿真计算 ,得到了卫星姿态角度和反作用飞轮控制力矩的变化规律     

高精度伺服稳定跟踪平台数字控制器研制

以陀螺伺服稳定跟踪平台为背景 ,介绍了以DSP为处理核心的平台数字伺服运动控制器的研制 .指出惯性速率环和电机速度环的本质不同 ;提出增加电机转矩 (电流 )环用于提高电机输出转矩线性度的方法 ,从而达到提高惯性速率稳定环的控制效果 ;介绍了以CCD图像或增量式码盘测角组成系统位置闭环 ,以光纤速率陀螺作为惯性速率反馈传感器组成系统速率闭环 ,附带电流反馈组成电机转矩 (电流 )环和速度、加速度前馈装置的前馈反馈复合控制系统 .组成伺服跟踪平台系统联调后测试结果表明 ,系统具有良好的动、静态性能指标和很好的控制效果 .     

基于磁强计和MEMS陀螺的弹箭姿态探测系统

为解决弹道修正弹箭中捷联式姿态测量系统误差随时间不断积累的问题,设计了一种由二轴磁强计和MEMS陀螺构建的低成本弹体姿态磁-惯性测量系统,利用磁强计测量的地磁信息修正MEMS陀螺解算的姿态角误差. 在此基础上,提出了将两轴地磁信号解算滚转角融入陀螺解算的姿态优化算法,研制的原理样机在二轴转台上进行了测试. 有限的试验表明:在一定条件下,该测量系统可有效抑制陀螺漂移引起的姿态误差,能可靠地用于弹道修正弹箭的姿态测量.      

一种角速率激光陀螺惯导系统高精度姿态算法

在分析圆锥误差补偿通式的基础上,提出了利用角速率求取角增量的拟合算法,并给出了该算法的数学证明.详细推导了基于纯角速率输入的圆锥误差补偿算法的补偿系数和误差主项通式,并从理论上对精度进行了分析.结合激光陀螺频谱特性的仿真对比结果表明,纯角速率输入圆锥误差补偿算法优于常规的四阶龙格库塔算法,能够提高纯角速率输出的捷联惯性导航系统的姿态精度.     

基于船舶的GPS/单陀螺航向融合算法

研究一种应用于船舶的GPS/单陀螺航向融合算法.首先,根据陀螺输出的角速率来估算船舶航向角信息;然后,采用改进的卡尔曼滤波的GPS/单陀螺融合算法,估算出陀螺的航向角估计误差和陀螺的漂移;最后,得出船舶航向角的准确信息.试验结果表明,该融合算法使得航向角实际应用误差控制在±1°之内,其输出值相当平滑,是一种有效的航向角确定算法.     

光强稳定技术在四频差动激光陀螺稳增益控制中的研究

研究四频差动激光陀螺的稳增益控制技术,建立陀螺增益的物理模型,并分析误差因素。设计通过稳光强来稳增益的方案。实验结果表明,室温下稳光强模式和传统稳流模式相比,四频差动激光陀螺的开机零漂减小0.001 6°/h,长时间零漂减小0.002 9°/h。这对于陀螺性能改善有一定参考价值。     

基于线性矩阵不等式的卫星姿态鲁棒控制

针对执行机构性能下降或出现故障,提出了对执行机构故障具有完整性且满足H∞扰动衰减指标的状态反馈鲁棒控制设计方法.该方法采用线性矩阵不等式（LMI）方法,分析了圆盘极点指标与H∞指标的相容性,并在相容指标约束下给出了鲁棒H∞控制器存在的充分条件和设计步骤.将鲁棒控制方法应用于卫星姿态控制系统,并进行了数值仿真.结果表明,该方法对卫星姿态控制系统执行机构性能下降或故障状态下具有较好的鲁棒性,能够满足姿态控制要求.     

卫星编队飞行指向跟踪姿态控制

卫星编队飞行的应用之一是受控卫星在目标卫星、空间站、载人飞船周围以“编队飞行”的形式相伴飞行,对目标进行观测或者执行更多的操作。该文研究这种应用中的姿态控制问题。假设两个飞行器的轨道信息已知,由轨道信息确定实现姿态跟踪调节所需的一种可能的期望姿态,给出了解析表达式,包括姿态角、姿态角速度及角加速度。采用基于四元数的控制律,用3个动量轮实现了卫星长时间、大角度姿态跟踪机动。仿真结果显示,在超过一个周期的仿真时间内,姿态及姿态角速度与期望姿态的吻合程度比较好,而且力矩的花费也不是太大。     

带微分观测器的双环姿态跟踪控制

针对捕获非合作目标航天器的姿态跟踪控制问题,给出了一种双环姿态跟踪控制器。通过引入虚拟角速度将二阶姿态运动方程分解为内外环独立的子系统。外环预设有界虚拟角速度使航天器姿态渐近收敛于期望姿态;内环采用二阶微分观测器精确估计由转动惯量摄动、外部干扰和饱和超幅部分组成的不确定项,基于观测值的鲁棒姿态控制器使内环角速度指数收敛于外环虚拟角速度。双环姿态跟踪控制能够满足控制饱和及角速度有界约束下的跟踪精度和闭环系统的全局渐近稳定性。数值仿真验证了该控制器的鲁棒性和有效性。      

新颖的精密陀螺电源

针对陀螺轴承的工作状态,设计了20W的精密陀螺电源。该电源采用 SPWM调制方法、双单片机控制,用开关电源技术附加串联稳压电路,使输出功率精度达到10mW,分辨率为1mW,经实验验证,该电源性能优良,可以广泛应用于高精度的陀螺中。     

陀螺稳定平台建模分析

建模分析是研究和设计陀螺稳定平台的关键步骤.合理的平台模型有助于分析误差来源并设计相应的控制策略,为研究制造高精度陀螺稳定平台提供基础.本文在阐述陀螺稳定平台的硬件组成和单轴控制结构的基础上.分析了误差源以及轴间耦合问题.针对非线性摩擦力、陀螺漂移和机械谐振3个平台误差重要来源,进行平台模型建立与分析方法的研究,并讨论平台其他环节的模型.基于以上分析,面向解耦后的单轴控制系统,建立一种综合性的模型.该模型为包括电流环、速度环、稳定环和位置环在内的四环控制系统,其中非线性摩擦力部分使用了LuGre摩擦模型,并分析整体模型的特点.为研究陀螺稳定平台模型及误差补偿策略提供了一种模块化建模分析的方法.     

基于滑模观测器的卫星姿态控制系统滑模容错控制

针对卫星姿态控制系统执行机构故障,设计了基于滑模观测器的滑模容错控制律.采用迭代学习算法在线调节观测器滑模项切换增益,设计滑模观测器估计卫星姿态和角速度.在此基础上,将执行机构故障作为系统的未知动态,提出一种对卫星姿态控制系统执行机构故障不敏感的滑模容错控制方法.该方法利用系统输入和状态信息,结合动力学特性实现未知动态估计,以此设计滑模控制律.通过数字仿真验证了该容错控制方法的有效性.