非线性控制系统半实物仿真技术研究

设计一非线形控制半实物仿真系统对非线型控制算法进行验证，并给出控制推力所需总冲的数学模型，分析了此非线形控制半实物仿真系统的误差，文中还通过型号仿真试验所得到的试验结果对非线形控制系统的设计进行了正确性验证，而且在试验过程中完善了控制系统的设计，同时也验证了该类仿真系统的正确性及仿真系统误差分析的正确性，该半实物仿真系统的建立对同类非线形控制半实物仿真系统的建立具有一定一的借鉴作用。     

水下机器人半实物运动仿真系统的设计

通过对水下机器人体系结构中的控制层进行实物仿真和对感知层以及执行层进行虚拟仿真相结合的方法建立了水下机器人半实物运动仿真系统,该仿真系统不仅能够对整个系统的软件逻辑进行测试,同时能够对水下机器人控制系统的硬件体系、数据接口、可靠性都进行验证。详细阐述了水下机器人半实物运动仿真系统的硬件和软件体系结构,并对虚拟仿真中的水动力仿真、运动传感器仿真以及实物仿真中的运动控制系统的设计进行了说明。最后通过远距离航行仿真试验和避碰仿真试验证明了所设计的水下机器人半实物运动仿真系统对实际海试具有重要的参考价值。     

船舶航向-主机综合智能控制的虚拟仿真

提出并实现一种基于虚拟现实技术的船舶航向与主动力装置综合智能控制的可视化交互式仿真系统。论文建立了状态空间型船舶平面运动数学模型,给出该仿真系统的结构,讨论了系统的主要功能。本仿真系统支持红外跟踪立体眼镜,立体头盔等虚拟现实视觉设备并具有立体机舱声音效果。论文给出部分具有沉浸感的三维船舶运动和主机控制的虚拟现实仿真场景。     

对接半物理仿真系统中的自适应柔顺力控制研究

为实现空间航天器对接过程中的强制校正和拉近阶段过程的半物理仿真,提出了一种六自由度并联运动平台的基于位置闭环的力控制方法.针对强制校正和拉近过程中两飞行器之间连接刚度大范围变化,设计自适应力控制器解决了刚度参数时变对系统性能的影响.试验结果表明自适应柔顺力控制可以实现强制校正和拉近阶段过程的有效模拟.     

光学动态测角技术的研究及其在红外目标背景仿真装置中的应用

红外目标背景仿真装置是红餐制导武器半实物仿真技术中的关键设备。该设备所产生的红外模拟目标的动态角位置精度决策了仿真实验的置信度。本文对红外目标背景仿真装置动态角位置精度的测量方法以及测量设备－－－光学动态测角仪的设计进行了讨论，并提供了红外目标背景仿真装置动态角位置精度的测量结果。     

动态环境下舰船瞬时线运动测量方法研究

针对动态环境下舰船瞬时运动信息对其自身操纵性的影响,提出一种舰船运动信息的即时测量方法.分析了航行状态下舰船运动情况,总结了测量瞬时运动的实施方案并给出运用于测量瞬时速度信息的数字高通滤波器具体参数,并利用计程仪辅助惯性导航系统实现对测量结果的进一步强化.结合舰船工作环境设计了转台试验,结果表明:提出的动态环境下舰船瞬时速度测量方法具有较高的工程实践意义.     

机器视觉辅助的UAV半自主着陆系统

在UAV着陆的导航与控制中引入了机器视觉方法,提出了机器视觉辅助的UAV半自主着陆系统方案,该系统由图像获取与处理、导航解算和地面平台控制模块组成。图像获取模块使用多光谱摄像机和激光测距仪,分别获得UAV的图像和深度信息。图像处理模块使用目标分割和运动分析方法,测量UAV位置。导航解算模块使用Kalman滤波器抑制测量噪声,输出滤波结果用于导航,预测结果控制地面平台跟踪UAV。实时地实现了上述机器视觉算法,并结合虚拟现实环境建立了仿真系统。使用反射内存网络连接该仿真系统与各外部模块,进行了着陆过程联合仿真。结果表明,该系统能够满足UAV半自主着陆导航任务的要求。     

倒立摆一级控制算法设计和半实物仿真验证

在倒立摆的控制研究试验过程中,在MATLAB环境下,以状态空间表达式形式建立倒立摆数学模型,采用MATLAB控制工具箱直接对倒立摆进行控制设计和仿真,之后在Simulink环境下建立倒立摆的控制仿真模型,将通过MATLAB控制工具箱设计的控制参数直接运用到Simulink仿真模型中,并通过代码生成工具RTW将模型下载到控制卡中进行倒立摆的实时控制试验.试验结果表明通过MATLAB设计平台,大大加快了倒立摆系统的建模、控制仿真设计和实现过程.     

液压系统半实物仿真平台设计

结合液压系统仿真计算技术和自动化试验技术,构建了液压系统半实物仿真平台,通过仿真计算模拟液压系统的环境参数和控制规律,利用实物模型模拟难以建立数学模型的液压元件。重点介绍了液压系统半实物仿真平台布局结构、仿真模型建立过程以及仿真过程控制系统,并针对某液压起竖系统进行了应用分析。     

数字图像注入式红外捕获跟踪闭环仿真试验探讨

外场动态飞行和内场仿真是红外捕获跟踪系统的两种试验方法。由于注入式仿真试验不受红外景像转换器等关键器件的制约,投资少、见效快,成为有限条件下的理想试验手段。红外捕获跟踪系统闭环仿真试验的关键技术是闭环构建和红外图像仿真。将被试系统编码盘输出数据和目标运动方程综合处理,控制闭环系统的延时,精确仿真目标像素位置,是保证闭环构建逼真度的主要途径;采用实测数据和理论计算相结合,是保证红外图像仿真逼真度的关键。本文介绍仿真试验系统组成,并就以上两关键技术进行分析、论证。     

一种可用于ZYNQ硬件在环仿真的永磁无刷直流电机测控系统

为解决永磁无刷直流电机(permanent magnet brushless dc, PMBLDC)建模仿真存在着修改控制算法困难、添加和删除闭环不方便、实时测控能力较差等问题。利用Simulink图形化建模平台,基于霍尔传感器位置检测算法和PID控制算法,结合分段线性法生成PWM波形,提出了一种新型的闭环测控方法,对所建立的PMBLDC电机测控系统进行了突增负载和突增转速的仿真测试。仿真结果证明该系统具有很好的稳定性,可快速部署在ZYNQ平台进行调试,同时Simulink提供了可供硬件在环实时仿真测控的图形化界面。     

星载软件在环的GNC快速原型仿真系统设计

为了实现复杂航天器导航、制导与控制(guidance navigation and control,GNC)系统的快速设计与仿真验证,加快GNC系统从算法设计到产品实现的过程,解决数字仿真与实物仿真一致性的问题,提出了一种基于星载软件在环的GNC快速原型仿真系统。通过虚拟GNC计算机处理器内核和硬件接口的方式实现星载GNC计算机原型,解决了快速原型仿真系统GNC软件代码与实物星载计算机软件代码的一致性;利用Simulink/Matlab进行航天器动力学/运动学建模和GNC系统测量部件及执行部件的数字化建模,基于实时扩展(real time extension, RTX)系统和功能硬件板卡实现数字化模型与实物的转化,解决数字仿真与实物仿真GNC系统内部接口特性、时序和逻辑一致性的问题。应用实例表明,基于星载软件在环的GNC快速原型仿真系统仿真数据与GNC半物理仿真系统仿真数据高度一致,证实了仿真系统设计的有效性;同时基于该仿真系统可以实现GNC系统软件、算法和单机产品的并行开发,缩短系统研制周期。     

基于RS485的船舶货油装卸系统仿真研究

针对成品油船货油装卸系统自动化研究的关键技术问题,进行了半实物仿真研究。通过对货油装卸工艺的分析,构建了基于RS485总线的由各种硬件设备组成的仿真平台,并应用组态王6.5和VB混合编程技术完成了基于DDE的实时通信程序的开发。为了减小由液位传感器数据采集延时带来的误差,提出了传感器测量和流量变频控制相结合的改进方案。仿真结果表明：该仿真系统满足货油装卸过程中状态监测及控制的实时要求,对研制实船的货油装卸系统有重要参考价值。     

基于MATLAB的高级过程控制实时混合仿真平台

介绍了利用MATLAB的实时工具箱RTW和RTWT来建立用于过程控制器开发与测试的实时混合仿真平台的方法。平台由Simulink提供的驱动模块驱动I/O板卡完成实际现场与MATLAB工作空间的数据交换,将实际系统引入到仿真回路里。以Simulink模型作为连接物理目标的接口,实现了仿真系统的高可视化。平台提供了三种控制器的嵌入方法,尤其能用Matlab语言编写,大大提高了平台的灵活性。系统仿真结果表明混合仿真系统具有很高的仿真精度,并能真实反映实际工业过程控制中的各种扰动和噪声的影响。     

一种基于光纤网络实时飞行仿真系统

提出了一种基于广播内存光纤网的分布式无人机实时飞行仿真系统,通过对系统数据交换网络和功能节点的设计克服了一般的网络环境中存在通信延迟和有限带宽等缺点,使系统实时性和扩展能力都得到保证。系统按照节点功能分为无人机动力学、运动学特性仿真,传感器的仿真,实时仿真飞行数据、飞行轨迹、三维视景显示与数据记录和遥控/遥测与地面检测等部分。半物理实时飞行试验结果表明系统设计正确,满足新型无人飞行器飞行控制系统的内、外回路动态控制功能和性能测试与验证要求。     

层流冷却系统过程优化控制仿真实验平台

层流冷却系统具有强非线性、工况变化频繁、带钢温度不能连续测量等综合复杂性。由于复杂的优化控制算法难以直接在冷却装置上进行验证,从工程化角度出发,开发了分布式的层流冷却系统过程优化控制仿真实验平台。该平台由模拟现场层流冷却过程的虚拟对象仿真子平台、仪表与执行机构虚拟装置子平台、回路控制系统和过程监控实验子平台、优化控制实验子平台组成。平台之间交换的所有过程信号均为标准工业信号,实验结果表明该平台可以从工程角度进行优化控制算法的有效验证。     

垂尾模型压电控制系统的综合仿真设计

提出了压电主动振动控制系统综合仿真设计方法的概念,研究了压电结构建模、压电元件位置优化、压电控制系统状态空间建模、控制系统离线仿真、控制系统半实物在线仿真等压电主动振动控制系统综合仿真设计主要环节。将该方法应用于采用压电作动器的飞机垂尾模型振动主动控制系统设计中,详细阐述了这种综合仿真设计方法的具体实现过程。通过实例表明了该综合仿真设计方法能够快速有效地实现压电主动振动控制系统设计和控制效果验证。     

坦克炮控系统关联参数测试精度建模仿真分析

叙述了坦克武器系统的发展历程及其炮控系统定型试验项目,介绍了炮控系统性能参数测试系统的组成及工作原理,提出了坦克装甲车辆武器系统定型试验中,炮控系统关联参数测试时存在测试精度超差问题,通过建模仿真手段,建立了基于光纤陀螺的角位移测量误差模型,分析了影响测量精度的主要因素,给出了测量误差补偿方法,经试验验证,补偿方法合理可行。

Abstract：

Progress history and gun control system （GCS） approval test items of tank weapon systems were proposed. Composition and working principle of GCS performance parameter test system were introduced. The problem of GCS relevant parameters measuring accuracy running out of tolerance in tank armored vehicle weapon system approval test was put forward. Angle measuring error model based on FOG was modeled and the major influencing factors of measurement accuracy were analyzed by the means of modeling and simulation. Compensation process of measuring error, which was verified by experiment to be rational and feasible, was given out.     

微波雷达高精度跟踪环路建模与仿真技术研究

针对在微弱信号(低载噪比信号)动态环境为需求背景下某测量雷达中高精度跟踪环路设计的关键问题,重点研究了载波跟踪环路和码跟踪环路的设计及优化方法。提出以单载波作为导频的信号结构,研究了锁频环与锁相环联合工作的环路结构,通过对两种结构的建模分析和仿真验证,指出在微弱信号高动态环境下,锁频串行辅助锁相环的环路组合结构具有更好的性能。对于码跟踪环路,给出了宽、窄相关间距相结合的方案。通过建模解算得出了最小跟踪误差原则下码环的最优环路带宽。仿真验证了上述算法和参数设计的有效性和可靠性。     

辨识与控制的联合设计算法仿真研究

在自适应控制器设计中,控制器和辨识器一般是各自独立寻优的。在此,通过对进入辨识器的闭环数据进行预滤波,将辨识寻优指标和控制性能结合在一起,以改善控制器的动态特性。预滤波器的设计过程充分考虑了工程应用的可实现性。对滤波后的闭环数据利用开环转换思想,将闭环数据转换为两组开环数据,分别辨识出两个开环传函,再根据等价关系还原为要辨识的系统模型,从而抑制噪声对辨识的影响,得到更稳定可靠的模型。最后通过仿真研究验证了该算法的有效性。