空间柔性伸杆机构振动抑制的半物理仿真试验

研究空间柔性伸杆机构的振动抑制问题,提出一种基于伸杆机构自适应指令整形(Adaptive input shaper,AIS)与航天器本体输出反馈控制相结合的复合控制策略,基于经验传递函数估计方法(Empirical transfer function estimate,ETFE),建立最优指令整形器(Optimal arbitrary input shaper,OAIS)的自调整机制,得到改进的自适应指令整形器。以金字塔构型的单框架控制力矩陀螺簇(Single gimbal control moment gyros,SGCMGs)为本体执行机构,详细设计基于实时仿真机、PMAC实时运动控制板卡、SGCMGs等实物的半物理仿真试验平台。在考虑环境干扰力矩以及执行机构控制受限的情况下对控制方法进行半物理仿真试验验证。结果表明:与基于OAIS及无指令整形前馈控制的复合控制方法相比,提出的控制方法可有效抑制伸杆机构的低频振动,实现航天器本体姿态的精确跟踪和伸杆机构的高精度指向控制。

新一代直升机发动机控制系统半物理仿真试验

美国陆军出资的一项关于涡轴发动机先进控制系统的研究计划已完成试验台试验阶段。在可变排量叶片泵(VDVP)上连接了一个多余度全权限数字式电子控制器(FADEC)。VDVP 用一个部件完成燃油泵供油和凋节,减少了零件数量、重量并提高热效率。FADEC 采用高带宽、低成本的商用高度集成电子元件。本文概述该系统在黑鹰直升机和加普惠 P&WC3000涡轴发动机实时计算机模拟器上的使用性能。为研究国内发动机数控系统提供技术支持,具有很高的参考价值。

小型涡扇发动机燃油控制半物理仿真试验系统

为了对发动机控制系统进行考核,建立了某小型涡扇发动机燃油泵调节器及数字式电子控制器(ECU)的实验室工作环境,可模拟发动机在高温、低温和正压、负压环境下的控制系统特性。通过422总线技术和虚拟仪器技术,将运行于计算机上的基于辨识的数学模型、数字电子控制器和燃油泵调节器等连接,组建了某小型涡扇发动机燃油综合控制半物理仿真试验系统。对该涡扇发动机的试验结果表明:该半物理仿真试验系统能够有效地模拟该型发动机各个工况下的稳态和动态控制过程,为该型号燃油泵调节器和数字电子控制器的研制提供了试验支持。

半物理仿真试验用运动模拟试验转台的动态要求

通过使用简化模型方法,分析了一种半物理仿真(HILS)试验用运动模拟试验转台的基本动态要求。其研究结果对各类运动模拟试验台控制器的设计具有普遍意义。

圆柱滚子轴承半物理仿真试验技术研究

基于滚动轴承的动力学理论,建立了圆柱滚子轴承的非线性动力学微分方程组,使用希尔伯特-修斯-泰勒(Hilber-Hughes-Taylor,HHT)变步长积分算法对其动力学微分方程组进行对称多线程(Symmetricmulti-processing,SMP)并行求解,联合机械系统动力学自动分析软件ADAMS、控制仿真软件Matlab/Simulink搭建了圆柱滚子轴承的半物理仿真试验系统,实现了圆柱滚子轴承动力学仿真系统与物理试验机之间的信息交换,进而对滚动轴承的半物理仿真试验技术进行了探索与研究。该研究结果为滚动轴承的半物理仿真试验技术提供了一条可行的技术路线,能够对轴承的试验结果进行补充,为滚动轴承的半物理仿真试验技术提供借鉴与参考。

某型发动机控制系统半物理仿真试验平台的搭建方法

概述了半物理仿真试验平台的功用,提出了某型发动机半物理仿真平台的搭建方法,分析了半物理试验平台搭建所需的关键技术。

合成电阻在发动机控制半物理仿真接口模拟器中的应用

将电子合成电阻技术应用于半物理仿真接口模拟器中,以模拟热电阻传感器。在提高电阻合成精度、扩展桥压范围、提高极性适应能力、多通道之间的隔离以及非线性特性拟合等方面提出了有效的解决办法。经过实验标定,证明该合成电阻具有0.02Ω的稳态精度,并且在程序的控制下具有良好的动态电阻模拟能力,可以满足航空发动机控制半物理仿真试验的需要。

Pt100热敏电阻传感器的数字仿真模块设计

半物理仿真实验平台常用于控制系统的检测试验,具有大量的物理信号模拟器及各种类型的传感器。为了简化试验系统的结构,降低试验成本,设计了一种新颖的Pt100温度传感器的数字仿真模块。该模块可以直接采集计算机数学模型的数字信号。经过数据处理,产生与Pt100热敏电阻传感器具有相同范围和精度的电阻信号,可通过软件编程实现故障模拟及量程更改。实验表明,所设计的传感器数字仿真模块具有合理的测试范围,较高的阻值精度,可应用于半物理仿真试验平台的结构改造。

基于IMFAC的无人艇抗干扰航向自适应控制

针对无人艇在航向控制中易受风浪流等环境干扰,导致控制效果下降的问题,提出一种结合细菌觅食算法的改进无模型自适应控制算法;文章首先分析了偏格式动态线性化方法在无人艇航向控制中的应用问题,并设计了虚拟输出项以满足无模型自适应控制假设条件,建立了基于偏格式动态线性化方法的无模型自适应航向控制器;针对无模型自适应控制算法参数初始值选取范围问题,设计了改进细菌觅食算法对参数初始值进行预整定,保证了算法的快速收敛;最后通过半物理仿真试验验证了所设计算法的有效性;试验表明,在模拟的3级海况干扰下,无人艇在30°阶跃航向控制和±30°方形航向控制中,相较于传统算法出现的较大稳态误差,使用无模型自适应控制算法能在经过10 s左右调整后,将误差稳定趋近于零,实现无人艇的航向自适应控制。

地面在线飞行仿真系统设计

针对铁鸟试验台和半物理仿真试验室成本高,无法移动的现状,介绍了一套高度集成的便携式地面在线飞行仿真系统。搭建无人机运动学模型、传感器模型和相关子系统,将其集成于一体,实现1553B、RS422、模拟量和PWM波等多信号交联。建立风干扰模型,以及各类系统故障,验证无人机应急处置策略。将仿真系统与真实机载设备连接,进行地面在线飞行模拟试验,完成无人机从起飞、航行和着陆整个飞行过程的模拟,检验机载软件的正确性、合理性,保证了飞行安全。

直升机/发动机系统综合控制半物理仿真

基于直升机/发动机系统综合控制半物理仿真试验平台,针对直升机/发动机系统综合模型和综合控制算法进行数字与半物理仿真试验研究.提出了一种串级PID(proportional integration differential)+扭矩前馈+总距补偿的系统抗扰控制算法,并提出了基于机载简化发动机模型的多模式综合实时优化控制算法.试验结果表明:所建立的直升机/发动机系统综合开闭环模型能够模拟发动机从起动到慢车再到直升机飞行的整个过程,自由涡轮转速超调量和下垂量均在4%以内,在不同飞行条件下,动静态品质均满足设计要求.本文还进行了综合系统多模式优化技术的半物理仿真,结果表明所设计综合控制律的良好工程应用前景.

基于特征解耦控制的压气机失速脉动气压模拟方法

在航空发动机控制系统半物理仿真试验中,通过模拟压气机失速时的高频脉动气压可验证喘振传感器与失稳检测系统的可靠性,从而避免逼喘试验的高成本与高风险。针对当前脉动气压发生器普遍存在的脉动特征耦合问题,提出了一种基于特征解耦控制的压气机失速脉动气压模拟方法。首先介绍了气压模拟系统的总体设计方案;随后建立气压模拟系统的综合模型并通过仿真分析其输入输出特性;基于此,提出一种充放气比例阀和旋转阀的组合控制策略;最后以不同脉动特征的气压为模拟目标,进行多组仿真与试验。结果表明,所设计的阀门组合及特征解耦控制策略可实现脉动频率0~200Hz、脉动幅值比0~0.4及基准压力800kPa范围内的脉动气压动态调节,满足压气机多种失稳模式下的失速压力信号模拟需求。

实用航空发动机LQR权阵选取方法

为了简化航空发动机LQR方法权阵的选取,基于优化理论提出了一种新的目标函数选取方法。该目标函数同时反映控制性能与控制能量的影响,因此,通过优化该目标函数得到的权阵设计出的LQR控制器不仅性能优良,还能保证控制能量在可接受的范围内。此外,该目标函数中包含且只包含了一个可调参数,可简化控制器参数调节过程,使设计者能轻松地在控制性能与控制能量间找到合理的折中。线性仿真、非线性仿真及半物理仿真试验均验证了按此方法设计的控制器的性能。

考虑关节固体润滑的在轨装配机械臂振动特性及优化控制

面向大型空间结构在轨装配任务的空间机械臂对末端动态性能有很高要求。基于半物理仿真试验修正关节接触力,建立了考虑固体润滑特性的含关节轴向尺寸和间隙的机械臂动力学模型。通过仿真研究机械臂在不同结构参数与工况参数时重力及重力释放下径向振动特性的差异,并针对在轨装配过程中频繁启停的操作需求,分析变负载启停时的振动特性,以改善动态性能为目标,给出了优化控制方法。

有大型挠性附件的卫星姿态线性鲁棒控制器设计研究

针对有大型挠性附件的卫星高精度高稳定度姿态控制问题,提出了一种基于H_2/H_∞混合控制理论的控制器设计方法。为尽量减少控制器变量的影响以提高其性能,选择刚体卫星模型建立了控制模型,卫星三轴姿态解耦,基于H_∞方法分别设计了三轴控制器。引入三个输出量,考虑三者间关系,设计相应的加权系数,所得H_∞控制器在数学仿真中有较佳的控制效果。考虑实际工程中源于控制周期和执行机构非线性的大幅值高频干扰等因素,用两种方法进行改进:一是设计H_2/H_∞混合控制,抑制噪声的影响,减小输出力矩的振荡;另一是在控制器的速率输入端添加滤波器,防止转速飞轮的高频干扰力矩激发控制器或整个系统的振动。设计的控制器以被动振动抑制方法为基础,考虑现有星上单机的技术条件及速率闭环飞轮的输出特性,通过选择合适的性能输出和反馈信息,在较低的闭环控制系统带宽下实现了大型挠性卫星的高精度高稳定度姿态控制。由数学仿真给出了设计的控制器及其性能,仿真和半物理试验结果均表明设计的H_2/H_∞混合控制器的控制精度、稳定度和挠性振动抑制效果均明显优于传统比例积分微分(PID)控制器。