皮卫星偏置动量轮在轨备份切换策略

参考微动量轮的实测数据,讨论并建立描述转速随机变化的马尔可夫模型.在该模型基础上,提出并分析用于皮卫星的偏置动量轮备份、切换策略.该策略定义了4个正常模式和3个异常模式：在普通情况下,系统在正常模式下定时切换飞轮;当故障发生时,系统切入异常模式,隔离故障飞轮.与常规的冷备份方法相比,该策略为飞轮性能、功能的故障检测提供了更方便的途径,同时在更长时间段内,能够保持星体连续姿态稳定.数学仿真表明,应用本文策略,正常情况切换时,造成的姿态扰动最大不超过20°;对于突发故障,切换带来的姿态扰动恢复时间约为30 min.     

反作用飞轮非理想电磁力矩对卫星姿态的影响

针对反作用飞轮中存在的力矩波动和力矩跳动这2种非理想电磁力矩,分析其产生机理,建立了轮控微小卫星姿态稳定控制系统的仿真模型.分析了力矩波动系数和力矩波动频率、力矩跳动幅值和跳动持续时间对卫星姿态的影响,最后给出抑制非理想电磁力矩的措施.分析和仿真表明:当卫星姿态控制精度要求较高时,非理想电磁力矩的影响不容忽视.力矩波动...     

基于聚类变异PSO优化的VSCMGs模糊平滑切换算法

针对变速控制力矩陀螺（variable speed control moment gyro,VSCMG）作为执行机构应用在敏捷遥感卫星上进行姿态机动时末端模式切换的平稳性和快速性冲突问题,在考虑框架转速误差的基础上,设计姿态误差参数作为切换指标,制定误差参数切换区域内的过渡规则,将指令力矩实时分配给控制力矩陀螺（control moment gyro,CMG）和飞轮并分别求解,提出了一种控制力矩陀螺/反作用飞轮工作模式模糊平滑切换操纵律。为了使得姿态机动末端卫星姿态达到姿态稳定度和指向精度要求的时间更短,以该时间为优化指标提出聚类变异改进粒子群算法对该操纵律参数寻优,确定最佳的切换区域和切换参数,并进行了仿真验证。结果表明:改进后粒子群算法在相同的迭代次数中总是表现出比传统粒子群算法更优的适应度,具有更快的收敛速度和更高的收敛精度,参数优化后的模糊平滑切换操纵律相比于现有操纵律能够在较短时间内完成双模式的平滑切换,并在姿态机动末端更迅速地达到姿态稳定度和指向精度要求,提高了遥感卫星敏捷机动与高稳指向的控制性能,有利于高质量完成成像任务。     

轮控小型月球探测器姿态稳定的非线性预测控制

针对月球探测器飞行任务要求,推导三轴姿态稳定非线性预测控制器,以抑制反作用轮低速摩擦等对姿态的扰动,满足月球探测器高精度姿态稳定控制精度和稳定度的要求．仿真结果表明该控制器控制精度高,能有效抑制飞轮低速摩擦等对姿态的扰动．     

一种用于UPS的大功率飞轮储能系统研究

设计了一种用于UPS的飞轮储能系统,简述了其系统结构,研究了高速飞轮充放电的控制策略．飞轮储能系统主要由高性能DSP、功率智能模块IPM组成控制系统,以PWM整流和PWM逆变电路组成实时控制充电主电路,采用空间电压矢量脉宽调制的控制方案;放电主电路采用PWM整流、直流升降压电路组成．充电时采用速度-电流-电压三闭环反馈控制,放电时采用电压-电流双闭环反馈控制．对飞轮电池充放电过程进行了仿真,仿真结果表明该系统具有良好稳态性能和动态调节特性．     

基于鲁棒控制理论的卫星姿态控制

对于三轴角动量飞轮式卫星的姿态控制提出了一种鲁棒控制设计方法.针对挠性卫星中存在的未建模动态以及参数不确定性问题,基于H∞控制理论对姿态控制器进行了设计,通过选取合适的加权函数将姿态控制问题转化为标准H∞控制问题,进而获得所需控制器.并与PID控制器进行了仿真实验对比,仿真结果表明,对于系统中存在的干扰和参数不确定性,H∞控制具有良好的鲁棒稳定性与动态性能.     

考虑安装偏差的联合执行机构自适应控制算法

为满足卫星机动过程中成像的需求,采用联合控制力矩陀螺和飞轮作为执行机构提供大且精确的控制力矩,但其安装的偏差会降低卫星姿态控制精度,基于设计自适应控制律处理这一问题.在携带变速控制力矩陀螺卫星通用模型的基础上,建立考虑安装偏差的联合执行机构控制模型.基于修正罗德里格参数描述的姿态运动学,设计多输入多输出自适应跟踪控制律估计执行机构的安装偏差与卫星转动惯量,并进行控制补偿以提高姿态控制精度.采用平滑映射避免控制律出现奇异现象而导致的无法执行,并基于Lyapunov原理分析了控制系统稳定性.数学对比仿真结果表明,该控制方法能够有效的实现卫星快速机动过程中的高精度控制,可提高2个数量级的跟踪控制精度.     

四轮独立驱动电动汽车动力学控制系统仿真

论述了四轮独立驱动系统作为汽车驱动系统的优势及在电动汽车上应用的技术潜力。比较了ICEV动力学控制系统与EV动力学控制系统的区别,提出了四轮独立驱动电动汽车的新动力学控制方法。该方法利用前轮转向角和车速的前馈控制与基于质心侧偏角和横摆角速度的误差反馈控制相结合来控制车辆运动状态,并通过最优控制的方法确定了反馈系数。建立了整车数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件生成系统的仿真模型,对所述控制系统进行了仿真研究。结果表明:前馈与反馈相结合的控制系统在各种路面条件下均可明显改善汽车的动力学性能。     

集成化储能与姿态控制系统中飞轮高精度测速方法

针对集成化储能与姿态控制系统中飞轮速度测量要求范围宽、精度高的特点,从误差分析的角度提出了一种速度测量方法。该方法在低速阶段测量多个完整飞轮转速脉冲信号所用时间,跨越转速分界点进入高速阶段后,测量一定时间内飞轮转速脉冲信号个数。为了验证该测量方法的可行性,文中以Agilent公司生产的高精度信号发生器及信号计数器为基准对该系统进行了速度测量实验,并对实验结果进行了分析。结果表明,该系统具有测速精度高,测量范围宽的优点,完全能够满足集成化飞轮储能与姿态控制系统测速精度的要求。     

基于偏航观测器的偏置动量卫星姿态控制

研究了基于偏航观测器的三轴稳定偏置动量对地定向卫星姿态控制问题.由于采用的红外地平仪无法测量卫星的偏航信息,提出了一种基于偏航观测器的姿态控制方案.针对俯仰回路,利用测量的俯仰角实现了俯仰回路姿态控制;滚动/偏航回路的设计由2部分组成:基于偏航观测器的PD控制器和飞轮解耦环节.整个系统采用动量轮和反作用飞轮作为执行机构,磁力矩器提供的磁矩与地磁场作用产生的力矩实现了飞轮的动量卸载.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究,结果表明,所设计的控制方案在飞轮输出力矩工作范围内,可使卫星达到很高的姿态控制精度.     

基于RBF网络上界自适应学习的预警卫星滑模控制

分析了RBF(径向基函数)神经网络的基本结构和数学特性,对于预警卫星动力学系统的不确定性上界值无法测量和未知的情况,采用RBF神经网络可以对较强干扰上界进行自适应学习,并可降低控制和动力学带来的抖振。针对带有摆镜的预警卫星姿态控制问题,提出了一种基于神经网络扰动补偿的姿态滑模控制方法。针对RBF网络正交最小二乘(OLS)学习算法,采用RBF神经网络来学习不确定因素的上界值,并设计了预警卫星的姿态控制规律,解决了预警卫星动力学扰动补偿问题。利用数值仿真估算了基于RBF网络上界自适应学习滑模控制的预警卫星姿态控制系统的性能指标。     

带有死区非线性输入的挠性航天器姿态机动智能控制

针对反作用飞轮带有死区非线性输入特性的三轴稳定挠性航天器姿态机动控制问题,提出一种由变结构与神经网络自适应控制技术相结合的智能控制方法。首先,基于航天器非线性和低阶模态动力学模型设计了变结构输出反馈控制律,给出了滑模存在条件,保证闭环系统渐近稳定;其次,采用神经网络自适应控制技术对系统的不确定性因素进行补偿控制,并利用Lyapunov方法分析了系统的渐近稳定性。智能控制的引入使得控制器具有很强的自学习能力和自适应能力,可有效降低不确定因素对系统产生的影响。最后,将本文提出的控制策略应用于三轴稳定挠性航天器的姿态机动控制,仿真结果表明本文方法是行之有效的。     

LQ Speed Control of Pump Controlled Motor System

A linear quadric (LQ) optimal speed control algorithm is proposed for the speed control of a pump controlled motor hydraulic system. The control theme consists of optimal state feedback and disturbing compensation based on observation. The optimal state feedback bases on LQ cost function. The disturbing compensation is realized through reconstructing the state of load torque. A series of simulation are performed, and the results show that the control performance is satisfactory and can be maintained under changes of load torque.     

车辆姿态控制系统悬架阻尼控制策略

提出了车辆姿态控制系统的悬架阻尼控制策略。介绍了调试控制算法的软件在环仿真平台,采用软件在环仿真的方法进行了典型工况阻尼控制算法的调试。结果表明:车辆姿态阻尼控制算法能有效抑制转向“横摆”、“侧偏”与“侧倾”、制动“点头”及高速行驶时过大的的悬架动行程和车轮动载荷,改善车辆的操纵稳定性和平顺性。     

内置式永磁同步电机磁路饱和特性分析与补偿的研究

分析了磁路饱和对内置式永磁同步电机(IPMSM)及其控制系统性能的影响。建立了考虑磁路饱和的电流控制算法,分别分析了磁路饱和在恒转矩和恒功率范围内对电机输出特性的影响。基于SVPWM控制方式和电流解耦控制原理,利用MATLAB仿真工具建立具有磁路饱和特性的内置式永磁同步电机模型及其磁路饱和影响补偿的调速系统模型,实现了系统仿真。仿真结果表明磁路饱和补偿的调速系统提高了输出转矩,拓宽了弱磁区的速度范围,且有效提高调速系统的跟随性,鲁棒性和精确度。     

姿控飞轮电控系统电磁兼容设计

详细分析了姿控飞轮电控系统的组成及其对其他星载设备产生电磁干扰源的主要原因,提出了在姿控飞轮电控系统电磁兼容性(EMC)设计中减少或抑制电磁干扰的方法。通过EMC测试实验,考察了姿控飞轮系统EMC设计抑制电磁干扰的效果。测试实验结果表明:所提出的EMC设计,CE102传导干扰测试满足标准要求,不同频段具有不同裕量,最大可达26 dBμV;RE102辐射干扰垂直极化测试具有至少7 dBμV/m的裕量,水平极化测试也具有较大裕量。设计通过了星载设备五项敏感度测试。     

新型无刷直流电机速度闭环控制技术

针对无刷直流电机采用三相位置信号作为速度反馈造成控制精度较低的问题，提出了一种新的速度闭环控制方法.采用Buck全桥电路结构，通过控制Buck电路的输出电压，结合电机相电流正反馈补偿，实现了电机速度的闭环控制.分析了Buck电路输出电压换相脉动的原因，引入电流预测控制来预测电机换相时所需的电流，以此调整相应的给定电流来减少电压脉动.实验结果表明，采用该电压负反馈、电流正反馈方法能够有效实现电机的速度闭环控制，通过相电流预测法可以很好地消除换相期间输出电压的脉动.     

基于增广P型学习观测器的航天器故障重构和自适应容错控制

针对航天器姿态控制系统常见的传感器故障问题,基于增广P型学习观测器技术研究了故障重构问题,并对故障系统进行了容错控制器的设计.首先,考虑同时存在传感器故障和未知干扰输入的航天器姿控系统状态空间模型,将故障等效考虑成与前一时刻故障估计值和当前时刻输出误差有关的两项,借助Lyapunov定理设计观测器,并采用LMI方法给出了观测器参数矩阵系统化设计方法.然后,设计积分滑模面,将得到的等效控制律代入系统状态空间模型后,设计包含自适应故障补偿控制项和线性输出反馈控制项的容错控制律.最后通过仿真实例验证了所设计观测器和容错控制器的有效性.     

Adaptive current compensation with nonlinear disturbance observer for single-sided linear induction motor considering dynamic eddy-effect

An adaptive current compensation control for a single-sided linear induction motor(SLIM) with nonlinear disturbance observer was developed. First, to maintain t-axis secondary component flux constant with consideration of the specially dynamic eddy-effect(DEE) of the SLIM, a instantaneously tracing compensation of m-axis current component was analyzed. Second,adaptive current compensation based on Taylor-discretization algorithm was proposed. Third, an effective kind of nonlinear disturbance observer(NDOB) was employed to estimate and compensate the undesired load vibrations, then the robustness of the control system could be guaranteed. Experimental verification of the feasibility of the proposed method for an SLIM control system was performed, and it showed that the proposed adaptive compensation scheme with NDOB could significantly promote speed dynamical response and minimize speed ripple under the conditions of external load coupled vibrations and unavoidable feedback control variables measured errors, i.e., current and speed.     

Variable structure attitude maneuver and vibration control of flexible spacecraft

A dual-stage control system design method is presented for the three-axis-rotational maneuver and vibration stabilization of a spacecraft with flexible appendages embedded with piezoceramics as sensor and actuator. In this design approach, the attitude control and the vibration suppression sub-systems are designed separately using the lower order model. The design of attitude controller is based on the variable structure control （VSC） theory leading to a discontinuous control law. This controller accomplishes asymptotic attitude maneuvering in the closed-loop system and is insensitive to the interaction of elastic modes and uncertainty in the system. To actively suppress the flexible vibrations, the modal velocity feedback control method is presented by using piezoelectric materials as additional sensor and actuator bonded on the surface of the flexible appendages. In addition, a special configuration of actuators for three-axis attitude control is also investigated ： the pitch attitude controlled by a momentum wheel, and the roll/yaw control achieved by on-off thrusters, which is modulated by pulse width pulse frequency modulation technique to construct the proper control torque history. Numerical simulations performed show that the rotational maneuver and vibration suppression are accomplished in spite of the presence of disturbance torque and parameter uncertainty.