对地观测卫星姿态控制系统效能评估方法

卫星系统效能评估问题,是卫星提高工作效率和卫星方案优化设计的基础。以对地观测卫星姿态控制系统作为效能评估的对象,通过对卫星的任务需求进行分析,建立对地观测卫星姿态控制系统效能评估指标体系;基于灰色关联分析相关理论,引入熵权法计算指标权重,建立效能评估模型,计算得到综合灰色关联度,实现卫星姿态控制系统效能评估;通过数据验证所建体系具有可实现性与实用性。

机载LiDAR姿态角稳定装置的神经网络逆系统解耦控制研究

机载激光雷达(LiDAR)工作过程中,机载平台姿态角波动会造成激光扫描点云的密度分布不均匀,导致后续数字表面模型重建时精度降低,因此设计了一种推转式姿态角稳定装置,可实现机载平台姿态角波动的实时补偿。设计的姿态角稳定装置具有非线性和强耦合的运动控制特点,为消除其运动耦合关系、提高运动控制精度,基于神经网络逆系统解耦控制策略对姿态角稳定装置进行解耦处理,取得了满意的控制效果。首先,建立了姿态角稳定装置动力学系统的多变量神经网络逆系统模型;其次,采用PID闭环反馈控制器与神经网络逆系统前馈补偿器组合的前馈-反馈复合控制器,实现控制系统的实时解耦,改善动态控制性能;最后,进行了实验验证。结果表明,设计的神经网络逆系统解耦控制方法可有效提高姿态角稳定装置控制精度,并对误差干扰具有优良鲁棒性。

基于SCSO-BP神经网络的卫星姿态控制系统故障预测

近年来,随着人工智能的迅速发展,基于人工神经网络的卫星姿态控制系统故障预测方法得到了越来越多的重视。在反向传播(Back Propagation,BP)神经网络中,权重和偏置是重要的可调节参数,与神经网络的预测性能密切相关。BP神经网络的初始权重和偏置为随机生成,设置不当容易导致网络在训练过程中陷入局部极值,进而影响预测性能。为了提高BP神经网络的预测性能,提出了一种将沙猫群优化(Sand Cat Swarm Optimization,SCSO)算法与BP神经网络相结合的预测方法。在训练过程中,首先通过SCSO算法对BP神经网络权重和偏置进行预训练,在此基础上,利用精调后的BP神经网络对卫星姿态控制系统周期渐变故障数据的未来趋势进行预测。实验结果表明,与原始BP神经网络预测方法相比,SCSO-BP预测方法能够有效减小预测误差,具有更好的预测精度。

卷烟分拣系统打码姿态控制机构的设计及应用

为全面化采集和整理卷烟行业的生产经营数据,设计了一款功能完善、实用性强的卷烟分拣系统打码姿态控制机构。首先,从机构总体设计、机构功能设计2个方面入手,完成对打码姿态控制机构的设计。其次,从系统硬件设计、系统软件设计2个方面入手,完成对机构PLC控制系统的设计。结果表明,在PLC控制、变频调速控制先进技术的应用背景下,该系统可保证码段位置调节的可控性,实现条烟防伪功能,整个分拣系统呈现较高的运行性能,有效提高了卷烟企业的经济效益,完全符合预期设计标准和要求。

一种贝叶斯网络的卫星姿态系统故障诊断方法

姿态控制系统是卫星系统中重要的组成部分,由于其高昂的造价,发生故障会引发恶劣的影响。随着航天科技的发展,卫星姿态控制系统也逐渐复杂,其可能发生故障的概率也随之增大。针对传统神经网络故障诊断结果缺少置信度、鲁棒性较差以及易发生过拟合的缺点,在对贝叶斯统计和深度学习理论研究的基础上,提出了一种基于贝叶斯线性层与贝叶斯卷积层的Bayesian Le Net结合的网络模型。通过对卫星姿态控制系统飞轮部件的故障数据分析和处理,进而采用该模型对故障仿真,并与贝叶斯全连接神经网络与传统Le Net进行对比,实验结果表明:在飞轮可能发生的三种故障前提下,上述网络模型准确率较高,过拟合现象较轻。验证了上述网络模型的有效性。

基于离散特性的飞行器姿态智能控制方法研究及实验设计

针对飞行器姿态复合控制问题研究中直接力连续化处理导致的与实际工程特性差距较大问题,研究了体现直接力离散特性的控制系统构建方法及控制参数优化设计方法。首先,搭建了体现直接力离散特性的飞行器姿态复合控制系统框架及模型;然后针对复合控制问题的非线性、强耦合、多约束等复杂特性,采用PSO算法对控制律及控制分配参数进行多目标优化设计,构建了飞行器姿态智能控制系统;再通过数字仿真从控制算法、PSO算法参数、飞行器系统参数三个方面对智能控制问题研究方法进行了说明;最后,依托最新科研成果设计开发了飞行器姿态智能控制实验系统,为自动化专业本科生智能控制类课程实践教学及创新型人才培养提供了自主开放的实验研究平台。

微克飞行器MEMS气动控制微系统

针对微克飞行器对毫米级的控制系统的需求,借助MEMS技术,提出一种微型化的气动控制系统。借助蠕动电极可累积作用效果的特点,使控制系统在力与体积之间达到良好的平衡,达到在小体积内获得高驱动力的目标,通过理论分析和尺寸优化完成结构的设计,并进行有限元仿真分析。仿真结果表示,最终设计的微系统面积为22 mm×12 mm,可以产生433 mN的驱动力,可使控制面实现偏转角在12°范围内的角度调控。

ACS800直接转矩控制在汽车检测控制系统中的应用

阐述了基于交流变频传动在汽车检测电控系统的构成以及传动系统控制要点.分析了直接转矩控制技术的原理,并将电涡流式底盘测功机的试验数据与ACS800在汽车检测控制系统中的数据进行了对比,并从以上2个不同层面论证了采用变频器ACS800的直接转矩控制特性来实现对电惯量加载的可行性.

丘陵山地翻耕机具姿态调整系统设计与仿真

针对现有丘陵山地翻耕作业机具姿态调整系统在复杂作业工况下调整和控制精度不高,导致机具作业稳定性和作业安全性较差的问题,基于机具横向姿态调整系统,利用模糊PID控制算法设计出一套适用于丘陵山地翻耕作业的机具姿态调整系统。以常规PID控制算法为对照,在姿态调整系统动力学建模的基础上,通过MATLAB对其进行仿真分析,结果表明,常规PID控制算法的机具横向姿态调整时间为4.5 s,横向姿态角的超调量为0.89°;模糊PID控制算法的机具横向姿态调整时间为1.9 s,横向姿态角基本无超调。仿真试验结果验证了该机具姿态调整系统的可行性、正确性和科学性,调整系统精度和稳定性能满足丘陵山地横坡作业复杂的工况要求。

基于Ackermann规则的离散全程灰色滑模控制在数字导弹姿态控制系统中的应用

针对数字式导弹姿态控制系统的参数具有时变性和不确定性的特点,设计了一种离散变结构控制器。该控制器结合了Ackermann规则设计切换函数简单、易行的优点和全程滑模控制器的全局鲁棒性的长处。同时引入灰色理论,设计了灰色补偿控制项,用于克服数字导弹姿态控制系统的不确定项对系统造成的影响。结果表明,该控制器在导弹姿态控制系统中的仿真效果较为令人满意。

基于宽度学习的航天器编队分布式姿态协同容错控制

针对具有惯性不确定和执行器故障的航天器编队姿态协同控制问题,利用宽度学习系统的逼近特性对系统的广义扰动和执行器故障进行估计,同时采用迟滞量化器对控制力矩信号进行量化,以降低对通信速率的要求,并减少抖振现象。在此基础上,提出一种基于模型预测控制和快速非奇异积分终端滑模的复合结构容错控制器。利用代数图论和Lyapunov理论分析了闭环姿态系统的稳定性。最后,通过仿真验证了本文提出的控制方法与现有方法相比的优越性。

ACS550矢量转矩控制在复卷机电控系统中的应用

阐述了全交流变频传动复卷机电控系统的构成以及传动系统控制的要点。以两相同步旋转坐标系上异步电动机的状态方程为基础,分析了矢量转矩控制技术和直接转矩控制技术的原理,再以样机对比实验的形式验证变频器ACS550的转矩控制特性,从这两个不同层面论证了采用变频器ACS550矢量转矩控制特性来实现对退纸卷张力控制的可行性。

卫星姿态控制系统故障预测方法综述

结合目前卫星姿态控制系统(ACS)故障预测技术的迫切需求,回顾了故障预测技术研究进展,归纳梳理了知识驱动方法和数据驱动方法的特点,总结并指出了卫星姿态控制系统故障预测技术面临的技术难点。在此基础上,重点阐述了知识和数据联合驱动方法在当前和未来的关键问题与解决途径,从知识和数据并行模式、引导模式、反馈模式三个分支给出了相应关键技术后续发展的方向与思路。

基于S7-300和ACS800的桥式起重机控制系统改造

在工矿企业中桥式起重机是一种应用十分广泛的起重机械。传统的继电器—接触器控制系统和串级调速方式存在能耗高、调速性能差、故障率高、安全性能低等问题。利用西门子公司的S7-300 PLC,结合ABB公司的新一代基于直接转矩控制(DTC)的ACS800变频器对15/5吨桥式起重机进行了改造。实际应用表明,系统改造后,调速性能、安全性和使用寿命方面均得到有效提升,电能消耗降低15.72%。

基于CMAC的光电探测系统姿态稳定控制技术研究

将小脑模型关节控制器(CMAC)神经网络应用于动载体光电稳定跟踪控制系统设计,分别构建CMAC学习算法网络和CMAC控制网络,泛化参数取4,采用δ学习算法调整网络权值,为评估所构建的CMAC网络对目标系统的逼近能力,选定一个非线性系统作为对象,以连续方波为输入信号进行仿真。仿真数据显示,输入信号发生跳变经0.15s后输出信号的稳态误差为0。选用直流力矩电机和分辨率为767×10-6 rad的光电编码器构建动载体三轴姿态稳定控制实验装置。结果表明,构建的以CMAC神经网络为核心的控制器在此实验装置上实现的姿态稳定误差为870×10-6 rad。

ACS控制器在超精密定位系统中的应用

超精密定位系统是现代科技与工业发展的核心技术之一,长期以来受科研及高科技产业迅速发展的推动,对其运动控制技术的需求迅速增长,比如超精密加工,微/纳米制造,包装等。除需要达到超精密的定位精度外,还要求各运动轴在定位过程中严格按照既定的轨迹协同运动。本文首先提出了基于ACS运动控制模块的X-Y定位平台的设计方案。然后,根据控制需求进行了系统参数的合理配置和优化。测试结果表明该系统能实现既定轨迹的精确跟踪,并能满足不断发展的多自由度,多约束加工和制造要求。

立面作业机器人姿态感知系统设计与分析

针对立面作业机器人在大型立面设备中容易发生姿态倾斜的问题,本文设计了一种基于惯性测量单元对立面作业机器人的姿态进行全方位感知、检测的立面作业机器人姿态感知系统。该系统分析了机器人在滑移和倾覆状态下的受力情况,得出机器人稳定吸附的条件。同时,本文还提出了一种基于扩展卡尔曼滤波算法对获取的传感器数据进行滤波融合,并结合PID控制算法对系统进行动态调节的方法,该方法有效改善了机器人姿态倾斜问题。最后通过联合仿真实验验证了该系统的有效性,为后续立面作业机器人的设计和应用提供了技术参考。

六自由度电动缸姿态仿真平台结构及控制系统设计

为开发出可适应相对较小工作空间场合的六自由度运动平台,为使用者模拟出逼真的空间运动姿态和体感,自主设计了一种六自由度电动缸姿态仿真平台,采用Stewart并联结构为基础平台,以上动平台、虎克铰链、电动推杆(折返式电动缸)、下静平台等为结构组成,具有控制简单、体型小、载荷分布均匀、响应快、运行稳定等特点,可适用于4D影院、车辆驾驶模拟、游戏娱乐等平台。同时开发了控制系统,能实现单自由度运动、任意自由度组合复合运动、单缸测试、振动测试等多种运行模式。

低轨卫星姿态控制系统降阶方案研究

近地卫星姿态控制单机故障会影响其任务的开展。针对低轨卫星姿控系统可能出现的单机故障情况,该文提出了姿态控制系统降阶方案,分别针对单飞轮故障、多飞轮故障、敏感器故障等不同场景,对姿态控制系统进行有序降阶,利用现有单机实现一定的姿态控制性能。单飞轮故障时采用轮速过零的三轴轮控方案;多飞轮故障且Y轮正常,或者高精度定姿单机故障时采用偏置稳定控制方案,在星体Y轴方向不能形成偏置时采用姿态控制方案。仿真结果表明,该文提出的针对各种单机故障情形的姿控方案均可较好地完成星体的姿态指向任务,卫星姿态控制系统可在单机出现故障时自主实施降阶方案。该文提出的姿态控制系统降阶方案可用作低轨卫星故障处理预案。

基于不确定LPV系统的变体飞行器姿态控制

针对变体飞行器姿态控制系统,提出一种基于双层多面体描述的LPV多目标控制器,同时考虑调度参数的变化和系统不确定性的影响。第一层多面体用于管理调度参数并在顶点不确定系统上设计增益调度控制器;第二层多面体建立在每个顶点系统上以进行闭环控制系统的鲁棒设计。上述控制器求解问题最终可转化为求解一组有限数量的线性矩阵不等式。仿真结果表明,在所设计控制器作用下,变体飞行器系统可较好的跟踪攻角参考信号,同时具有良好的鲁棒性能。