船舶偏航运动控制策略

为使船舶沿预定的航向航行,应根据船舶偏离航向的情况适时合理地改变舵角以修正航向.对舵角的控制既要考虑导致船舶偏离航向诸因素,又要考虑不同船舶在不同装载状态下的操纵性能.在建立船舶偏航运动模型的基础上,对偏航运动规律进行分析,提出适时合理地采用舵角进行偏航控制的策略.

变桨和偏航运动对风力发电机桨叶轴承载荷的影响

在考虑攻角、桨距角、偏航运动、重力和惯性力等因素的情况下,基于静力学分析方法,建立了桨叶轴承系统载荷分析数学模型。通过数值计算,研究了桨叶轴承在风速和桨距角、偏航角速度和桨叶转速同时发生变化的工况下所承受的载荷。分析结果表明,风速的增大会使载荷不断增加,而桨距角的增大只能使载荷在局部有所增大;桨叶轴承系统的陀螺力矩幅值大小、桨叶在空间的旋转角度以及偏航速度有着直接的关系。

四足机器人Trot步态的偏航运动控制

为解决四足机器人Trot步态的偏航运动控制问题,借鉴两轮差速驱动的原理将机身的运动分解为两着地腿的运动,再基于弹簧倒立摆模型对单个着地腿的前进速度和侧移速度进行控制,最后通过控制两着地腿的运动来控制机器人整体的运动,从而实现对机器人偏航角的控制。基于这种思想,可以对偏航角、前进速度和侧移速度的控制进行统一设计,简化了基于三维模型的四足机器人运动控制的难度。在虚拟样机中进行仿真实验,发现控制方法在前进速度为零和非零时都能对偏航角进行很好的控制。

载机偏航运动对大视场红外扫描装置成像质量影响的仿真分析

某航空大视场红外扫描装置采用TDI-CCD探测器、以整机摆扫工作方式扫描成像,由于扫描装置为滚动-俯仰结构的两轴稳定平台,对偏航扰动没有稳定作用,其成像质量易受载机偏航运动的影响。通过运动学分析方法建立扫描装置的视轴运动方程及视轴旋转约束条件,得出不影响成像质量的载机偏航运动范围。在载机实际飞行数据输入条件下进行仿真验证,当载机直线飞行时,其偏航运动不影响成像质量。飞行试验验证表明:摆扫扫描图像清晰,航空大视场扫描装置具有良好的载机偏航运动适应性。

偏航速度对风力机功率及叶片应力的影响研究

通过实验测试,以动态旋转平台模拟风力机风向变化及偏航对风,研究不同偏航速度及偏航延时时间对风力机叶片应力及功率的影响。结果表明:动态偏航对风过程中,应力值基本呈由前缘向后缘、叶根向叶尖递减的趋势,在叶展方向0.67R及0.75R处,叶根弦向方向0.25c及0.50c处出现应力集中现象,偏航延时时间的加入可有效抑制叶片应力波动,过慢的偏航速度会导致功率曲线出现较大波动。引入一无量纲系数,该系数为风力机功率及叶片应力的比值,通过分析得知在仅考虑风力机叶片应力及功率时,风力机最佳偏航速度为0.5°/s。

基于开环补偿的飞机偏航角控制系统设计及仿真

飞机侧向姿态运动的有关侧向力、力矩具有较强耦合性,且基于副翼、方向舵对侧向运动实施控制,侧向运动这些特点必然导致侧向控制系统设计的复杂性。为设计飞机偏航角侧向姿态控制系统,首先,基于飞机侧向运动的动力学方程组,建立了飞机侧向姿态控制系统全面运动结构图;然后,在分析全面运动结构图基础上,基于开环补偿原理,设计了一种飞机偏航角侧向姿态控制系统,即通过引入交叉传动比,将滚转通道的γ信号引入偏航通道,通过调节来实现基本协调转弯的控制结构方案;最后,在Matlab平台下,对所设计的飞机偏航角侧向姿态控制系统进行了大量仿真研究。仿真结果显示,通过调节可减弱飞机滚转运动和偏航运动的耦合影响,基于开环补偿的飞机偏航角侧向姿态控制系统是合理可行的。

四旋翼无人机的偏航抗饱和与多模式PID控制

四旋翼无人机偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,因此在偏航运动上更容易出现执行器饱和.特别在外界干扰下,偏航常常出现饱和现象,对此从实际工程出发提出了一种多模式PID(MMPID)控制器,抑制偏航饱和,并保证在外界干扰情况下具有较好的偏航控制性能.首先,根据四旋翼无人机的动力学模型,设计了基于MMPID的偏航控制器.MMPID算法具有多模式特性,在满足一定条件时采取退饱和控制策略.其次,利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于MMPID的偏航控制系统的稳定性.最后,通过四旋翼无人机偏航仿真实验比较了MMPID与变结构PID算法的抗饱和性能与偏航控制性能,结果表明MMPID算法具有明显的控制性能优越性.并且,通过四旋翼原型机实验验证了MMPID偏航控制器的有效性和鲁棒性.实验结果表明:在室内无干扰情况下,基于MMPID的偏航系统基本无执行器饱和现象,最终偏航角误差收敛到±0.05 rad;在室内加入干扰情况下,执行器退出饱和时间约10 s,偏航角误差收敛到±0.08 rad;在室外,偏航退饱和时间约5 s,偏航误差收敛到±0.13 rad.MMPID控制器有效地抑制了四旋翼无人机偏航运动上的执行器饱和,并可实现准确的偏航姿态控制和强鲁棒性.

共轴八旋翼无人飞行器的偏航静态抗饱和补偿控制

设计了一种共轴八旋翼无人飞行器,与四旋翼飞行器相比,其具有更大的驱动能力、更强的带载能力和一定的冗余能力.首先,建立了飞行器的动力学模型.针对共轴八旋翼飞行器偏航运动能力比俯仰、滚转运动能力弱,偏航容易出现执行器饱和现象的问题,从实际工程出发提出了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器.线性自抗扰算法易于工程调节,能够实时估计与补偿外界扰动.静态抗饱和补偿器不增加系统阶次,有效抑制偏航执行器饱和.利用李亚普诺夫稳定理论证明了基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和偏航控制系统的稳定性.最后,通过共轴八旋翼飞行器的仿真实验与原型机比较实验验证了算法的有效性与鲁棒性.原型机实验结果表明:在室内固定干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为4 s,偏航角误差收敛到±0.085 rad;在室外变干扰下,执行器退出饱和的最长时间约为9 s,偏航角误差收敛到±0.127 rad.基于线性自抗扰控制器的静态抗饱和补偿器在外界干扰情况下能够有效地抑制执行器饱和,具有良好的偏航控制性能与强鲁棒性.

风力发电机桨叶轴承载荷分析模型的研究

在考虑攻角、桨距角、偏航运动、重力和惯性力等因素的情况下,基于静力学分析方法,建立了桨叶轴承系统载荷分析数学模型。通过数值计算,研究了桨叶轴承在攻角、桨距角、偏航角速度及不同风速工况下所承受的载荷。分析结果表明,攻角增加会使不同方向上的载荷有不同程度的增加;桨距角增大到一定程度,载荷会呈现不同的趋势;偏航速度的变化导致陀螺力矩的变化,从而引起轴承载荷的变化。