仿鸟扑翼飞行器仿真研究

针对仿鸟扑翼飞行器的柔性翼动力学仿真需要,在非定常空气动力学原理下,用修正的准定常气动力计算模型估算出了扑翼的动力学模型,并建立了其相应的状态空间方程,进而分析研究了在Matlab语言和Simulink环境下,对其仿真系统设计得需求和要求。     

仿鸟扑翼飞行器姿态镇定研究

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近稳定的控制方法．建立并分析了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、推力都是独立可控的,其姿态控制为耦合输入下刚体的姿态控制问题．通过设计光滑时变反馈控制律实现姿态控制的局部渐近稳定,从而解决扑翼飞行器的飞行控制问题．     

微型仿鸟扑翼飞机设计与仿真系统开发

基于仿生学的微扑翼飞行器是一种模仿鸟类飞行的新概念飞行器.鉴于扑翼飞行理论及实践本身的困难,为了减少设计制造中的风险,开发了微型仿鸟扑翼飞机设计与仿真系统.采用Visual C 和MATLAB进行仿生学设计模块、驱动机构和气动力计算模块的开发,由此进行扑翼飞机结构及动力学设计,生成初步样机.结合OpenGL技术,建立微型扑翼飞机的三维可视化结构模型,进行扑翼飞机的运动和虚拟飞行仿真.进行扑翼飞机的开发实例分析,结果与实际制作的扑翼飞机各项特征吻合.该系统有很高的实用价值,可以有效地辅助进行微型仿鸟扑翼飞机的研制工作.     

基于dSPACE的高超声速飞行器实时仿真平台

围绕高超声速飞行器模型与控制器设计问题,提出具有实时性能的高超声速飞行器仿真平台。该平台基于分布式架构,集成了主控计算机、dSPACE设备和视景计算机。针对dSPACE自带监控软件的缺点,主控计算机采用MFC框架,基于TRC文件解析和Clib API技术,集成了dSPACE设备实时仿真功能,自主开发了仿真监控软件;视景计算机基于OpenGL技术实现了实时显示与驱动飞行器视景动画的功能。在上述功能设计的基础上开发的实时仿真平台实现了对飞行器模型或控制器算法的实时仿真验证、抗干扰功能验证及可视化视景显示功能,使对高超声速飞行器的研究结论更加可靠。     

仿昆扑翼微飞行器电磁驱动电路设计与制造

针对电磁驱动方式的仿昆扑翼微飞行器,设计了电磁线圈驱动电路,电路能够驱动微飞行器扑动双翼。驱动电路利用电池组和升压(BOOST)电路实现电路供电。研制了产生两路电压控制信号的最小系统板,能够在上位机在线实时控制输出信号的频率和幅值。电压控制信号通过电路后,电路输出稳定驱动电流,实现对仿昆扑翼微飞行器翅膀的控制。     

仿昆扑翼飞行器全解耦控制

针对仿昆扑翼飞行器飞行控制所面临的欠驱动问题,基于平均理论,提出采用周期时变反馈策略控制仿昆扑翼飞行器的策略,并给出了设计周期时变反馈控制器的输入参数化设计方法．该方法对飞行昆虫的扑翼运动进行仿生模拟,通过调整根翅运动参数,实现了对6个方向气动力和力矩的独立控制．本质上就是用参数表示欠驱动系统的输入,并以此构造周期时变反馈函数;从而在原系统中引入更多数目的独立控制量,将原系统转化为完全能控系统．然后,将此可控系统线性化,并利用线性反馈控制器设计工具设计其反馈控制律．仿真结果表明,基于该策略设计的控制器具有响应速度快、稳定误差小、鲁棒性强等特点．     

基于dSPACE开关磁阻电机控制器开发方法

本文提出了一种基于dSPACE半实物仿真环境下,开关磁阻电机控制器的开发方法.通过dSPACE系统与实际驱动电路相结合,建立了开关磁阻电机控制器的开发平台,能够方便有效地实现多种开关磁阻电机控制算法.该平台的硬件部分由dSPACE系统的硬件部分结合电机的驱动电路,驱动电路根据不同的电机开发需求设计.开发平台的软件部分包括模块化建模工具MATLAB/Simulink,与综合实验和测试软件ControlDesk.通过开发平台的建立,归纳出一套开关磁阻电机控制器的开发方法.该方法在MATLAB/Simulink下建立的仿真模型通过ControlDesk在线修调参数,同时自动生成控制代码.与传统方法相比,该方法能显著的缩短控制器的开发周期,降低开发成本.     

微型仿昆扑翼飞行器解耦操控机制

提出一种解耦操控机制,用于解决微型仿昆扑翼飞行器飞行控制中的欠驱动问题．首先通过理论分析和仿真试验分析了翅膀的振翅运动参数对气动力旋量的控制作用;然后在对昆虫飞行所采用的生物学振翅运动进行模拟的基础上,通过调整翅膀的振翅运动参数,设计了一个能对气动力和气动力矩实现独立控制的解耦操控机制．此操控机制采用周期函数将控制输入量参数化,从而在仿昆扑翼布局的动力学模型中引入更多数目的独立控制量．通过将原动力学系统转化为完全能控系统,解决了仿昆扑翼布局的欠驱动控制问题．同时,此操控机制仅仅要求转动角可控,有效地降低了仿昆扑翼飞行器的设计难度．     

基于dSPACE的运动控制仿真平台设计

dSPACE公司所开发的实时控制器因其强大的功能而闻名,其高层次的开放语言-SIMULINK与DSP的实时交互使得引进软件设计方法和测试设计的系统成为可能.由于dSPACE控制器不是为了运动控制领域而特别开发的,所以就需要重点解决运动控制系统中安全逻辑、运动轨迹规划等这些在多数工业级别运动控制卡中常见的功能.本文将介绍一种基于dSAPCE控制器的运动控制平台的设计方法.利用dSPACE的编译平台,使用SIMULINK的S-function模块扩展设计,系统达到设计要求,能满足大多数运动控制系统的前期研发设计工作.     

基于dSPACE的混合动力轿车AMT电机控制系统

在开发混合动力轿车电机驱动的AMT(机械式自动变速器,AutomatedManualTransmission)过程中,一项重要的工作就是对选档、换档和离合器驱动电机的调节与控制。文章通过建模工具MATLAB/Simulink建立了电机PID控制算法和控制系统模型;采用DS1401/1501的dSPACE实时仿真环境自动生成控制器实时代码。dSPACE的实时仿真系统具有与被控系统的硬件接口,可以与实际电机系统直接相连。通过这个仿真平台构成实现了AMT的HIL(硬件在回路,HardwareIntheLoop)仿真测试系统。在此基础上分析了电动机的控制方法,最后给出了实验测试结果。该系统已应用于混合动力轿车的开发中。     

仿鸟类扑翼飞行器研究进展

仿生扑翼飞行器有着优异的气动性能和灵活的飞行能力,在军民领域均有广泛的应用前景,学者们在原理样机研制、扑翼气动机理、驱动机构、飞行控制等多领域取得了一系列重要进展.本文从总体设计方法、驱动机构设计与优化、气动机理等方面综述了仿鸟类扑翼飞行器技术的发展历程与研究进展.首先,从扑翼总体设计方法入手,总结了仿鸟类扑翼飞行器仿生构型,归纳了总体设计参数估算方法;其次,综述了多种构型曲柄连杆机构在扑翼驱动中的应用与优缺点;接着总结了扑翼气动机理研究的实验方法与数值计算方法,分析了不同扑翼气动算法针对不同应用场景在计算成本和准确度方面的优劣情况;最后,对仿鸟类扑翼飞行器系统设计研究现状进行总结,针对原理样机研制过程提出展望.     

基于dSPACE的无人机飞行控制系统快速原型设计

介绍了dSPACE实时系统及基于dSPACE的无人机飞行控制系统快速原型设计方法.利用dSPACE设计了飞行控制系统的快速原型,并以飞行控制系统中的一个控制器为例进行实验研究.实验结果证明了本文系统和方法的有效性.     

Adaptive pole placement pitch angle control of a flapping-wing flying robot

An adaptive pole placement control scheme for the adaptive pitch angle control of a bird-like flapping-wing flying robot is designed and implemented. The salient aims of this work are notably twofold: first, since the dynamics of bird-like flapping-wing robots are still not well understood and hence obfuscate the process of deriving a high-fidelity aerodynamical model, we instead elect to designate the system identification component of the control scheme to provide real-time estimates of the low level robot parameters. Input and output data are collated during flight and the recursive least squares method is applied to obtain real-time parameter estimates. Estimated parameters are subsequently used in designing the control law using adaptive pole placement via the polynomial method where we prescribe the desired closed-loop characteristic equation. Secondly, even if the dynamics of the robot varies over time, it is accounted by the adaptive controller without any need to perform tuning since proportional gain values are spontaneously generated. Numerical simulations are first used to assist the design and validate the correct operation of the control scheme. It is then implemented on a real bird-like flapping-wing flying robot; experimental results obtained exhibit close congruence with simulation results.     

Real-time implementation of a dynamic fuzzy neural networks controller for a SCARA

This paper presents the design, development and implementation of a Dynamic Fuzzy Neural Networks (D-FNNs) Controller suitable for real-time industrial applications. The unique feature of the D-FNNs controller is that it has dynamic self-organising structure, fast learning speed, good generalisation and flexibility in learning. The approach of rapid prototyping is employed to implement the D-FNNs controller with a view of controlling a Selectively Compliance Assembly Robot Arm (SCARA) in real time. Simulink, an iterative software for simulating dynamic systems, is used for modelling, simulation and analysis of the dynamic system. The D-FNNs controller was implemented through Real-Time Workshop (RTW). RTW generates C-codes from the Simulink block diagrams and in turn, the generated codes (object codes) are downloaded to the dSPACE DS1102 floating-point processor, together with the supporting files, for execution. The performance of the D-FNNs controller was found to be superior and it matches favourably with the simulation results.     

基于dSPACE/MATLAB/Simulink平台的实时仿真技术研究

本文以某飞行器侧向通道稳定控制系统为例,基于dSPACE标准组件和MATLAB/Simulink软件环境,建立了控制系统的半实物仿真平台并进行了半实物仿真。结果表明这种基于dSPACE的仿真系统具有构建便捷、高效和精度高等优点,尤其适用于数字控制系统。     

悬臂梁参数辨识及PD控制器的设计

首先介绍了用一种实验方法辨识悬臂梁的参数,建立其数学模型。然后基于此模型,利用控制理论并结合Matlab仿真设计了PD控制器。在Matlab中对基于PD控制器的控制系统进行仿真,获得了很好的仿真结果。用实时仿真系统dSPACE实现仿真模型与硬件装置的连接,利用压电陶瓷作为传感器和驱动器,建立了实验系统。实验结果表明,建立的数学模型比较接近实际的悬臂梁对象,设计的PD控制器能较好地抑制悬臂梁的振动。     

涡轮增压汽油机气路预测模型的建立与预测控制

针对涡轮增压汽油机气路系统中节气门与废气旁通阀动力学耦合、机理建模复杂的问题, 本文提出基于神经网 络模型的气路系统预测控制方法,实现了节气门与废气旁通阀的协调控制. 首先, 针对涡轮增压汽油机气路系统map与 机理混合描述的特性, 利用系统的输入输出数据,采用反向传播神经网络(back propagation neural network, BPNN)训 练得到一个非线性气路模型; 其次, 基于泰勒展开式对预测模型进行线性化, 并对模型的精度进行了验证,进而利用该 模型预测系统的未来动态; 然后, 在考虑系统存在输入约束的条件下, 设计了一个线性模型预测控制器对节气门与废气 旁通阀进行协调控制, 实现了进气歧管压力和升压的跟踪控制进而满足发动机的扭矩需求; 最后, 通过离线仿真和基 于dSPACE的快速原型实验(rapid control prototyping, RCP)验证了控制系统的有效性和实时性.     

SAR星姿态控制实时仿真系统结构与实现

为了测试SAR星星载计算机软件及硬件接口实时性能，该文基于dSPACE实时系统设计了SAR星姿态控制实时仿真系统。介绍了该系统的硬件结构和Simulink模型。采用Simulink和Stateflow建立了该系统的RS232／RS422串行口通信接口模型。仿真结果表明了SAR星姿态控制实时仿真系统和串行口通信接口模型的正确性。     

某型航空涡轴发动机燃油调节器建模与仿真

根据某型航空涡轴发动机燃油调节器的结构原理图,分析了该型燃油调节器的调节规律以及调节器基本工作原理.进而结合该型燃油调节器在试验台上得到的部分试验数据,在MATLAB软件的SIMULINK平台上采用LookUp-Table模块构建系统非线性环节,以模拟系统的非线性特性,进而建立了该型燃油调节器的简易数学模型.对建立的燃油调节器模型进行的静态校验结果表明,调节器模型满足了该型燃油调节器的各项性能指标的要求.并结合该型涡轴发动机的数学模型进行了动态联合仿真,通过对动态仿真结果的分析,获得了影响该型调节器性能的关键结构参数及将该型调节器数字化时的采样周期范围.