三轴飞行仿真转台总体设计及其关键技术

本文在ＨＩＴ─１型三轴仿真转台研制的基础上，探讨了各种三轴仿真转台的总体布局型式、驱动元件种类和控制方案等总体设计方面的问题。从分析飞行仿真转台的４大技术指标──高频响、超低速、宽调速、高精度入手，分析了执行元件、机械台体、液压系统、控制技术等方面对上述指标的影响和解决措施，进而分析出研制仿真转台的关键技术。

基于干扰观测器的飞行仿真转台滑模控制器

针对飞行仿真转台中干扰观测器(DOB)对等效干扰项估计不足而影响跟踪精度的问题,提出一种基于DOB的滑模变结构控制器(SMVSC).它引入了附加干扰补偿项以及跟踪指令的速度信号和加速度信号,定义了一种新的滑模趋近律形式,并满足系统广义滑模存在条件.通过某单轴飞行仿真转台的实验结果表明,与传统的比例微分(PD)控制器+DOB方案相比,该控制方案提高了跟踪精度,同时,对系统参数变化和力矩扰动也具有更强的鲁棒性.

三轴飞行仿真转台自适应复合控制方法

针对三轴飞行仿真转台高精确度伺服系统中存在的由于系统模型参数变化,以及外部扰动、摩擦引起的不确定性和非线性,提出基于模型参考自适应的复合控制方案。该方案具有连续自适应、离散自适应和复合控制方法的优势,通过自适应增益的调整及数字前馈控制的引入,能够消除内外部干扰产生的误差,保证系统在宽频带范围内的跟踪性能和控制精确度。实验结果表明,提出的控制方案能够有效地补偿转台系统外部扰动、摩擦引起的非线性和不确定性,拓宽了系统频带,将转台双三指标(频率特性幅值介于-0.264 6～0.257 6 dB之间,相位特性介于-3～3°之间)由4.5 Hz拓展到10 Hz以上,同时,该方案控制结构清晰、响应速度快、实时性好,控制器设计简单。

飞行仿真转台的完全跟踪控制

针对飞行仿真转台中传统插值和前馈方法对系统性能的限制问题,引入了完全跟踪控制策略.论述了飞行仿真转台完全跟踪控制器的设计方法.本文利用多速率采样系统的特性构造转台系统状态传递函数矩阵的精确逆矩阵,从而避免了采用近似逆模型的传统方案以及插值带来的限制,实现完全跟踪.利用鲁棒内回路补偿器理论以及系统动态跟踪误差的解析式分析说明了该方法在实际系统中存在建模误差、干扰和噪声的情况下,仍然能够保证系统的动态跟踪精度和良好的鲁棒性.对实际系统进行了设计与实验,结果证明了该方法的有效性.

高精确度飞行仿真转台内框控制摩擦补偿研究

为了实现高精确度飞行仿真转台直流力矩电机驱动内框的低速伺服目标,提出了在输入前馈和闭环PID控制的复合控制基础上构建Stribeck摩擦模型的等效控制电压模型进行摩擦超前补偿策略。首先针对转台内框伺服特性分析设计了复合控制策略;其次针对常规基于Stribeck模型摩擦补偿方法的不足和实验法辨识模型参数难的特点,提出利用转台内框本身的部件直接测定摩擦超前补偿的控制电压模型,并给出了3个关键参数的测定办法;最后将设计好的控制器用于内框低速伺服。实验结果表明,系统响应幅值为0.03,°频率为0.000 5 Hz三角波时跟踪误差在95%时间内在0.000 1°内,并对其他形式信号也有很高的动态跟踪精确度,从而证明在以非线性摩擦为主的扰动条件下所设计的控制策略能实现内框高品质低速伺服。

基于DSP的飞行仿真转台控制系统

文章介绍了一种新型的基于高速数字信号处理器(DSP),以永磁同步电动机(PMSM)为驱动部件的飞行仿真转台控制系统的原理及构成,并介绍了控制系统的硬件和软件结构。给出了一些实验结果。

三轴飞行仿真转台结构有限元分析

通过建立三轴转台的有限元模型,对其进行了结构刚度、模态分析和结构优化设计。通过改善台体机械结构,来满足结构刚度的要求;利用有限元模态分析,合理安排谐振点,同时利用优化方法,采用混合罚函数法,转化为无约束优化问题,再采用Powell法求解出外框的目标尺寸。通过上述分析计算,使台体结构更加合理,同时也说明了在三轴转台机械系统设计中有限元的重要性。

飞行仿真转台的一种新型前馈跟踪控制

针对飞行仿真转台系统,提出了一种新型的前馈控制器的设计方法,并对时间常数τ给出了迭代算法。该控制器适用于数字非最小相位系统,且控制器的实现不需要指令信号的超前信息,校正后的系统在低频段相移近似为零,增益近似为1。以某飞行仿真转台系统为例进行了数字仿真,仿真结果表明了该控制器的有效性。

飞行仿真转台基于干扰观测器的鲁棒跟踪控制

对三轴飞行仿真转台系统 ,提出一种基于干扰观测器的鲁棒数字跟踪控制器的设计综合方法 .该控制器由前馈控制器、闭环控制器及摩擦补偿环节组成 .前馈环节由零相差跟踪控制器ZPETC (ZeroPhaseErrorTrackingController)及FIR滤波器构成 ,闭环由比例微分 (PD)控制及干扰观测器构成 ,摩擦补偿采用基于库仑模型的固定补偿方法 .实验结果表明 ,该方法能有效提高跟踪性能 。

基于干扰观测器的飞行仿真转台完全跟踪控制

针对飞行仿真转台不断提升的性能要求及其多速率采样的工作特点,提出了一种新的鲁棒完全跟踪控制策略。针对完全跟踪前馈控制依赖于系统精确数学模型的问题,通过引入干扰观测器来消除模型摄动和外部扰动,使得被控对象的特性在给定的频段内始终趋近于标称模型,充分保证了PTC的作用。仿真结果表明即使结合简单的PID闭环控制器,系统的跟踪性能也获得了很大的提升。给出PTC和DOB的具体设计方法,并对方法的有效性进行了对比仿真验证。结果表明,与已有方法相比,所提控制方法对模型摄动和力矩扰动的抑制能力更强,跟踪性能更好。

基于Backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制(英文)

论述了基于backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制。在实验的基础上,提出了飞行仿真转台的动态模型,其中包括动态LuGre摩擦模型。针对此动态模型推导出包括自适应摩擦补偿的backstepping鲁棒控制器。仿真实验证明:闭环系统的输出可以达到渐进跟踪给定的位置参考信号和速度参考信号,克服了转台在使用传统的PID控制器时,其位置波形存在平顶,速度波形存在畸变的缺点。

五轴飞行仿真转台及其关键技术研究

作为红外制导武器半实物仿真试验的关键设备,五轴飞行仿真转台的研制越来越受到人们的重视。本文在对国内外五轴飞行仿真转台研制现状进行综述的基础上,对影响五轴飞行仿真转台动态性能的关键部件的设计进行了讨论,并给出了液压仿真转台各框架的一般设计步骤。

飞行仿真转台的软件控制系统设计

飞行仿真转台作为航空、航天领域中进行半实物仿真和测试的关键设备,在飞行器的研制过程中起着非常关键的作用;以五轴飞行仿真转台为研究对象,介绍了系统的软硬件平台设计体系,然后根据软件控制系统的基本原则,采用模块化设计,以通用性、安全性为出发点,采用面向对象的程序设计思想,分别从模式选择、实时显示、数据保存、精度补偿、状态监控、安全保护和网络通讯等7个方面阐述了其设计思想;该系统经过实际的联机测试和控制实验,证明稳定可靠,界面友好,达到了理想的效果。

一种新型电动三轴飞行仿真转台的研究

本文介绍一种新型电动三轴飞行仿真转台的设计技术及其主要性能。该转台采用微机实时控制，力矩电机直接驱动，高灵敏度测速机和高分辨度光电编码器反馈。在控制方案中除了采用三环反馈控制和前馈补偿控制之外，还引入先进的智能控制策略，从而显著地提高了系统性能。该转台可以满足多种类型飞机。

飞行仿真转台耦合力矩分析及其补偿控制

对于高精度的飞行仿真转台,影响其精度的因素很多,如三轴同时转动时的惯量耦合及负载重心与回转中心不重合等原因而造成的不平衡力矩,本文针对这两个问题进行了分析,建立了转动惯量与转角、负载偏载力矩与转角的函数关系,通过仿真计算说明,外框的转动惯量,内框的偏载力矩受耦合影响最大。在此基础上,给出了控制系统的补偿方法,为转台控制系统的设计提供了参考依据。

基于改进蚁群算法的飞行仿真转台的控制优化

提出了一种用改进蚁群算法优化飞行仿真转台非线性PID控制参数的新策略,借助相遇搜索策略和信息素残留系数的自适应控制思想对基本蚁群算法进行了改进,设计了一种基于改进蚁群算法优化飞行仿真转台非线性PID(NLPID)控制参数的飞行仿真转台系统结构,在对非线性PID控制参数进行优化时采用了时间乘以误差绝对值积分最小性能指标,最后将用改进蚁群算法优化后的控制参数应用于某型高性能飞行仿真转台。实验表明,采用改进蚁群算法优化非线性PID控制参数的飞行仿真转台系统可从带噪声的输入信号中合理地提取出微分信号,并且对噪声具有很强的滤波作用,整个系统响应速度快,并具有较强的鲁棒性。

基于模糊神经网络的飞行仿真转台控制

针对飞行仿真转台系统的非线性问题 ,提出了基于模糊神经网络的自适应控制方法 ,并且提出了新的推理算法 ,该控制方法结合了神经网络和模糊推理的优点 ,可以更合理地选择初始权值 ,既可提高神经网络的学习过程又可在线寻优模糊规则 ,通过实验表明该控制方法可以明显提高控制系统的跟踪性能 ,并且具有很强的对外干扰和非线性因素的鲁棒性。

飞行仿真转台模糊神经网络补偿的复合控制

针对飞行仿真转台系统的非线性和不确定性,提出了基于模糊神经网络补偿的复合控制器,该控制器由前馈控制器、闭环控制器及模糊神经网络补偿环节组成。前馈环节由零相差跟踪控制器及FIR滤波器构成,闭环控制器由PD控制及干扰观测器构成,补偿环节由一动态模糊神经网络实现,给出了基于Lyapunov函数的稳定性证明。该控制方法突出优点在于兼顾考虑了系统中的结构化不确定性和非结构化不确定性,能够在外部干扰与参数摄动并存的情况下,保证系统的稳定性和跟踪性能。

基于扩张状态观测器的飞行仿真转台鲁棒控制

飞行仿真转台作为半实物仿真和测试的关键设备,其性能直接影响仿真实验和测试结果的可靠性。针对飞行仿真转台容易受到外界干扰和参数变化影响的特点,研究了基于扩张状态观测器的鲁棒控制方法。根据系统参数的辨识程度设计了两种不同的扩张状态观测器。利用扰动估计值进行动态补偿使被控对象线性化,并在此基础上设计了等效速度和加速度前馈。根据扩张状态观测器不能完全估计扰动的特点引入滑模控制项以增强系统鲁棒性。实验表明提出的方法针对飞行仿真转台系统的不确定性具有很强的鲁棒性,并具有良好的跟踪性能。

三轴飞行仿真转台频带拓宽技术研究

将广泛应用于机器人手臂控制等其它柔性控制系统的输入指令整形减振技术移植到转台应用中 ,并对输入指令整形器的设计方法、对系统参数变化的鲁棒性进行了探讨和研究 ,最后以某单轴台控制系统为对象进行了实验 ,结果表明 ,输入指令整形器以前馈的形式应用于单轴台的控制系统时 ,既不影响系统的稳定性 ,又可以很好地抑制频带拓宽时的机械谐振 ,而且对系统参数变化具有较高的鲁棒性。此外 ,因其算法简单 ,且容易实现和调试 ,所以可作为拓宽飞行仿真转台频带的一种新途径。