基于人工免疫反馈的自治水下机器人推力器控制

推力器是水下机器人系统的关键要素,其推力建模和控制是进行水下机器人控制和仿真的核心。针对简化的自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)推力器控制系统的推力响应实时性不高和抗干扰能力不强的缺点,提出一种基于人工免疫反馈的AUV推力控制方法,该方法不受推力器水动力试验和理论计算的困难性的缺点影响,具有较好的实时性和鲁棒性,可为AUV运动控制、状态响应、控制系统开发等提供控制方法。针对流线型AUV原型样机CRanger-2,在简化推力模型的分析基础上,利用该控制策略,建立推力实时调试系统,在不同大小推力和不同干扰情况下进行推力控制仿真分析,得到推力器推力的控制响应曲线。通过对无刷直流电动机进行控制进行验证,结果表明该控制策略能有效地控制推力器推力,可为工程实践提供参考依据。

水下机器人推力器布置及控制仿真研究

针对自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)推力器布置和控制仿真的困难性及以往电机仿真难以进行的缺点,提出1种进行多推力器运动仿真的方法,该方法建立的模型克服了推力器推力控制系统不能与电机结合的问题,能较好地反映推力器布置和电机的响应情况,可为AUV的运动控制、布置设计及控制系统开发等提供验证模型。针对流线型AUV CRanger-2的推力器布置情况,在对其建立推力器模型的基础上,利用模型对设定推力下的推力器控制进行仿真。仿真结果表明:该方法能够有效地模拟推力器布置既定情况下的电机运动与推力控制,可为水下机器人控制策略优化提供仿真平台。

姿态控制推力器在飞行器上的应用

姿态控制推力器(ACT)是飞行器控制系统的执行部件。在控制信号的作用下,ACT通过向飞行器外流场喷射高速燃气流为飞行器提供控制力。文中介绍了ACT的结构、优点以及ACT的工作原理,并简要分析了ACT内外流场的特征。

挠性卫星姿态快速机动控制

挠性卫星在快速机动中既要满足快速性要求,又要抑制挠性附件产生的振动。本文提出了一种基于非约束模态方程的方波序列控制方法,并给出了最小机动时间的方波规划方法。该方法不仅保证机动后无余振,而且满足最快机动的要求,此外,由于控制输出为方波,因而适合卫星上的喷气推力器控制模式和飞轮控制模式。最后通过数字仿真验证了方波序列控制的有效性。

用于引力波探测的微牛级霍尔电推进技术

为满足空间引力波探测卫星无拖曳控制所需的微牛级推力宽范围连续可调的推进需求,依据霍尔电推进工作原理,分析微牛级霍尔推力器的设计理念,并经过一系列的推力器特征尺寸优化研究,设计了出口直径4 mm、通道长度30 mm的微牛级会切型霍尔推力器.实验测试结果表明:该型推力器可实现推力0.2~112.7μN的连续可调输出,满足引力波探测任务对推力器推力输出范围的需求.为进一步改善推力噪声等推力器动态性能指标,开展了推力器控制系统设计和仿真研究,并根据无拖曳控制原理建立无拖曳卫星仿真系统,对微牛级霍尔推力器应用于引力波探测任务的可行性进行仿真评估.推力器控制和无拖曳卫星的仿真结果表明:推力器闭环控制可有效降低推力噪声,提高推力输出快速性和精度,还可大幅提升非保守力补偿精度,使航天器与测试质量之间的位移误差满足引力波探测计划的无拖曳控制精度指标.该型微牛级会切型霍尔推力器可满足引力波探测任务的推进需求,具备应用于此类空间科学任务的可能.