某型航天器对接控制过程的建模与仿真研究

研究了航天器与空间站对接过程的建模与控制问题。建立包括质心运动、刚体姿态运动和挠性结构弹性振动的对接系统的全面运动数学模型，分析了对接控制中需要注意的几个问题和具体的控制方案，最后通过计算机仿真说明了该控制方案的有效性。

水下自重构机器人的自动对接控制

讨论了平面内水下自重构机器人的2个模块间的对接控制问题.根据传感器信号强度与模块相对坐标的误差之间的关系,给出了对接控制问题的优化目标函数.考虑到模块的运动学方程可逆,将该问题分解成了3个自由度上的子优化问题.依据对中法思想,给出了各自由度上自动搜索的优化目标函数,并设计了相应的调整控制律.建立了模块的逆运动学离散方程,并设计了一种稳定化修正格式以提高数值计算精度.仿真实验结果表明,所提出的自动对接控制算法能够很好地实现模块之间的对接.

无人机软管式自主空中加油精准对接控制

对项目组在自主空中加油对接控制方面的研究成果进行了回顾。首先介绍了使用深度学习这一具有强非线性表征能力的回归技术结合CFD和高阶复杂模型的仿真数据,所建立的受油机前扰波和面向控制的锥套预测模型。在此基础上,介绍了借鉴空中加油人工驾驶对接的优点,创新提出的反步高阶滑模抗扰动对接控制器、平动/转动综合的抗扰动对接控制器以及直瞄/变长度预瞄复合引导对接控制器。仿真结果表明,所提方法显著提高了自主空中加油对接精度。

类二次型最优控制方法在自主对接控制中的应用研究

针对参数已知的线性定常二阶系统 ,本文给出了直接求解 Riccati方程的方法 ,并在此基础上 ,将该方法得到的结果应用到参数未知的线性定常或慢时变系统中 ,使用估计参数直接求出反馈增益矩阵 ,提出了一种类二次型最优控制方法 。

基于L1动态逆的自主空中加油对接控制

为实现无人受油机与加油机的自主安全对接,提出基于L1自适应动态逆的无人机自主空中加油对接跟踪控制方法。根据时标分离的原则,将无人受油机的姿态控制分为快、慢回路,采用动态逆方法设计姿态回路控制器,设计L1自适应系统补偿外界气流干扰和系统模型误差,并采用自主空中加油对接段仿真系统对所设计控制系统进行验证。仿真结果表明:该对接跟踪控制系统具有很高的抗干扰能力和鲁棒性,能满足自主空中加油的控制精度要求。

基于模型预测控制的移动回收站对接控制算法

针对自主水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的回收控制问题,在回收站是移动的情形下,该文提出了一种基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的对接控制算法。目前,模型预测控制算法是处理约束系统最有效的方法之一。该文重点研究了AUV回坞时状态约束中的可见性约束和自身约束中的输入约束。通过设计预测控制器,在满足约束的条件下,实现AUV水平面的回坞导引控制。最后,在回收站移动的情况下,通过MATLAB仿真证明所设计的对接控制算法是有效的。

3D打印设备与色彩视觉传达的自动对接控制方法

视觉传达思想与3D打印设备的结合,意在将色彩视觉技术运用到3D打印的自动对接控制方法中,从而实现3D打印产品的大规模生产。为准确分析3D打印中色彩视觉传达技术的设计特性,分别从语言特征与传播特征入手,研究色彩视觉领域中认知与审美心理的应用价值。在此基础上,分析3D打印系统的构成要素,通过明确对接控制需求的方式,建立自动化函数,实现3D打印设备与色彩视觉传达自动对接控制方法的顺利应用。对比实验结果表明,与AGV型对接方法相比,自动对接控制方法能够较好体现3D打印设备与色彩视觉传达思想的作用能力,满足结合视觉传达与3D打印技术的实际应用需求。

基于状态反馈法的自主空中加油对接控制器设计

针对自主空中加受油对接任务,基于状态反馈法设计了一种对接控制器,并利用Hallock-Bumham模型对加油机尾流场进行建模计算加油机尾流场对受油机的扰动。在考虑加油机尾流场、轻度大气紊流的情形下,进行仿真计算,结果表明,该控制器能够满足自主空中加受油任务的需求。

伸缩套臂式无人机空基回收建模与对接控制

针对无可靠陆基/舰基回收平台情况下小型固定翼无人机(UAV)远程作战空基回收难题,提出一种伸缩套臂抓取式空基回收建模与对接控制方法。首先,受硬式空中加油技术启发,提出一种伸缩套臂式抓取无人机空基回收方法,并采用转动惯量质量投影法及拉格朗日方程法构建伸缩套臂仿射非线性模型;继而,分析了母机尾涡及常值风扰动综合作用下伸缩套臂的气动特性;其次,针对伸缩套臂三通道中扰流关联项和不可测瞬变模型扰动构成的系统集总扰动,分别设计了可在有限时间内收敛的非奇异快速终端滑模干扰观测器对其进行准确估计,并在控制器设计中予以前馈补偿;然后,为实现多重扰流下伸缩套臂快速精准空中对接,提出一种基于干扰观测的非奇异快速终端滑模对接控制方法,并分析了闭环系统稳定性。最后,通过仿真验证表明,所提出的方法能够在多重气流扰动下实现伸缩套臂的快速、精准空中对接控制,同时兼备较好的抗干扰性能。

软式拖曳捕获器自主对接控制系统设计与车载试验

软式拖曳捕获器受尾流场扰动、刚柔耦合多体牵引系统约束、载机振动等扰动,导致捕获器末端运动复杂,自主对接与捕获控制难度高。针对软式拖曳捕获器自主对接与捕获控制系统,设计了满足自主对接与捕获控制要求的直接力位姿解耦控制,并集成基于机器学习的视觉定位传感系统,形成了整套软式拖曳捕获器自主对接与捕获无人机控制系统。通过按照相似准则搭建的车载试验测试平台,对所设计的软式拖曳捕获器自主对接控制系统进行地面车载试验测试,结合捕获器动力学建模分析,开展直接力位置阻尼与操纵控制模块仿真优化与多轮次车载试验参数整定,形成了适用于软式拖曳捕获器空中自主对接与捕获的控制系统,可用于下一步空基全尺寸软式拖曳捕获器自主对接与捕获试验。

AUV水下对接装置控制系统设计

自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)在航行使命结束后需要回收至甲板或陆地进行补给和维护。为避免重复布放回收所带来的不便,根据锥形导向式回收原理,针对水下对接装置及其控制系统进行了设计。水下对接装置控制系统由水面控制终端,水下控制系统和水下外部设备等部分组成,使用超短基线引导AUV进入指定区域,在对接过程中依靠行程开关和无线电反馈的信息判断AUV的相对位置及状态,并通过驱动相应的液压机构对AUV姿态进行校正和固定,进而完成对接过程。水下对接装置在千岛湖进行了试验,在吊装水下7 m的情况下实现了AUV的水下对接,并利用湿插拔电连接器完成了对AUV的有线充电和数据上传。试验验证了对接方案的可行性以及控制系统的稳定性,为将来AUV能够进行长时间、不间断航行提供了可能。

空间机械臂辅助大质量舱体对接阻抗控制方法

针对空间机械臂辅助大质量舱体对接任务中,由于大臂展机械臂柔性、控制误差、机械误差等因素,导致末端位置精度差、对接机构偏离对中位带来的对接困难的问题,提出采用阻抗控制的方法。分析了对接任务中的模拟对接机构的特性,发现其受到的碰撞力与对中位姿偏离方向具有一致性,验证了阻抗控制算法的可行性;针对六维力传感器安装位置距离对接机构较远、惯性力影响严重的问题,提出了六维力信号补偿算法,保证了阻抗控制计算的正确性;进行了仿真实验,结果表明采用阻抗控制算法能在保证对接成功的前提下,有效减小接触力大小。

非线性动态逆空中加油自主对接控制

为实现无人机空中加油自主对接控制,建立了尾流影响下的UAV六自由度模型。基于非线性动态逆,设计了空中加油自主对接控制律。在常规非线性动态逆控制律设计的基础上,改进了航迹、姿态、角速率和自动油门等回路。通过设计航迹跟踪控制律和动态逆自动油门,实现了对锥套位置的跟踪和对接;考虑协调转弯约束和爬升速率约束,在设计过程中以姿态角代替气流角,克服了气流角控制带来的幅值、速率过大的问题,使受油机的控制更加稳定。最后通过仿真,验证了动态逆自主对接控制律的有效性。

基于直接升力的空中加油对接飞行控制

为解决传统空中加油对接过程中受油机纵向轨迹跟踪控制存在时间滞后的问题,提出一种基于直接升力的空中加油对接飞行控制方法。采用非线性L1制导的方法生成横纵向加速度指令,设计2种直接升力方案对受油机纵向轨迹控制加以改进,采用动态逆方法对姿态回路设计,通过扩张状态观测器对动态逆内回路进行补偿。仿真结果表明:采用的2种方案均能消除纵向轨迹跟踪的时间滞后,实现受油机纵向轨迹的快速响应,完成空中加油的成功对接。

主动控制式对接机构对接预捕获阶段的仿真

介绍了主动控制式对接机构对接的基本操作过程 ,并以具有六个作动阻尼器的主动控制式对接机构为例 ,对对接预捕获阶段作了详细的研究。建立了该阶段两对接飞行器的运动方程 ,给出了作动 /阻尼器为满足捕获条件所需达到的长度的计算方法 ,设计了控制回路 ,在此基础上作了数值仿真。仿真结果表明 ,建立的数学模型是正确的 ,设计的控制系统控制效果良好。

空中加油机加油软管系统建模和控制研究进展

空中加油软管系统作为空中加油过程最重要的组成部分,其建模和控制研究是一个重要研究方向,已经取得了很大进展.首先在概述了空中加油的主要类型的基础上,分析了软管式空中加油的特点;然后分别介绍了基于常微分方程和基于偏微分方程的两种软管系统的建模方法;进一步针对空中加油机加油全过程分析了加油软管系统的对接控制、软管的振动抑制和可控锥套的研究;最后从加油软管系统的建模和控制方面展望了软管式空中加油未来的发展趋势.

高采深综采面支架“无缝隙”对接技术的实践研究

针对高采深、高矿压、破碎顶板条件下综采面支架对接难度大,存在较大的安全隐患。利用对接控制线,通过超前技术管理,优化施工工序等有效技术措施,实现了支架“无缝隙”、安全、快速、精准对接,取得了较好的经济效益,为同类综采面支架对接提供了可靠的理论技术依据。

综采工作面对接的实践与效果

根据张集煤矿综采工作面布置受地质构造影响,工作面倾斜面长的变化,介绍了大倾角综采工作面支架、刮板输送机的对接方法、措施。该矿进行了生产实践,增加了煤炭资源的回收率,取得了预期的效果。特别是对对接间隙的控制,是对接质量、对接时间的关键。通过对对接间隙的控制,为对接创造了条件,即控制了大倾角综采工作面刮板输送机上窜下滑量。该方法工艺可行,为同类条件的工作面提供了一条切实可行的方法。

倾斜长壁综采工作面对接技术的探讨与实践

根据张集煤矿综采工作面布置的实际情况,介绍了倾斜长壁综采工作面支架、刮板输送机的对接方法及措施。特别是对对接间隙的控制,是对接成功的关键。文章总结出切实可行的综采工作面对接技术,解决了因地质条件造成的工作面变短分段对接问题,优化了工作面设计,提高了工作面单产水平,增加了煤炭资源的回收率,促进了矿井的安全高效建设,为工作面充分发挥综采优势创造了条件。

浅谈PHC管桩斜桩质量技术控制

文章以珠海港高栏港区神华煤炭储运中心一期工程装卸系统及基础工程的管桩斜桩施工为例,主要介绍在陆地上使用滚滑式打桩机打设较大斜度PHC管桩的可行性,通过我们制定的相关技术措施,从而保证了施工过程中对其质量的控制。