基于DBO优化的球载吊舱自抗扰姿态控制

针对采用扭转器作为执行机构的球载吊舱姿态控制方案,利用步进电机作为动力来源,设计了基于自抗扰控制(ADRC)算法的串级控制器,利用蜣螂优化算法(DBO)对控制器中的关键参数进行了寻优,利用寻优得到的控制器相关参数,对吊舱的姿态控制进行了仿真,并考虑了吊舱在飞行过程中抛砂对控制产生的影响。仿真结果表明,所设计的控制算法能跟踪静态与动态目标,控制精度较优,并具有一定的抗干扰能力,也证明了蜣螂优化算法的有效性。

平流层气球吊篮及姿态控制系统设计

平流层气球测量测试与通信技术目前在国际上处于研究热点状态,平流层气球与卫星及其它空间飞行器相比,具有成本低、寿命长、风险小等优点,在一定程度可取代成本高昂的卫星和空间飞行器,用于通信领域和空间科学研究领域,具有十分广阔的应用前景。本文结合平流层空气球吊篮及姿态控制系统的研制,对球载控制系统与地面中心站及各节点机组成的异构分布式系统数据通信网络以及监测系统软件的设计方法进行了介绍,并陈述了在LabWindows/CVI开发环境下开发测控应用程序所须注意的问题。

负载扰动下的气球吊篮的方位稳定控制策略

针对大惯量负载高速机动产生的强扰动,为提高高空气球吊篮的方位控制性能,采用在角位置环内部增加角速度内环的方法抑制扰动。角速度内环利用高采样率的陀螺输出信号作为反馈信息。利用某高空气球吊篮做了阶跃信号的跟踪和加挂负载后的抗扰实验,实验结果:阶跃响应上升时间基本不变,超调由单闭环时的44%降为双闭环时的9%;对转动惯量为吊篮转动惯量15的负载作最大速度55.87°/s、最大加速度175°/s2的正弦运动时带来的强扰动,采用双闭环时吊篮方位角最大误差下降为单闭环时的44.4%。结论:相对于角位置单闭环结构,角位置加角速度双闭环结构的吊篮方位控制系统具有对给定信号响应快、超调小、调节时间短等优点,且具有更强的抗干扰性能。

平流层气球吊篮姿态远程视景监控系统设计

气球飞行于大气同温层带时,球载吊篮由于受到强大气扰动力的影响,相对于基准姿态存在随机转动和摆动的姿态偏差,该偏差会导致吊篮靶斑机构瞄准线方向偏离其对地面光源点的指向,从而影响科研数据的搜集。该文结合平流层气球吊篮及姿态控制系统的研制,介绍了吊篮姿态的解算过程以及利用LabW indows/CVI平台及OpenGL图形库开发仿真视景监控软件对吊篮实施遥控遥测的方法,软件开发过程利用组件技术建立视景对象模型,提高了软件的灵活性、可移植性和可扩充性。软件对气球吊篮的飞行全过程进行模拟仿真,直观、实时地反映了气球吊篮在高空的飞行姿态,并且有效地对吊篮姿态完成了干预控制。

近空间气球吊篮方位角多电机协同控制模型及分析

为提高近空间气球吊篮方位控制系统的性能,通过对系统的动力学分析以及电机工作原理的分析,建立了包括反捻机构、吊篮方位控制系统、负载方位控制系统在内的多电机协同工作系统的状态空间模型。从该模型可以发现,系统是一个欠驱动系统,且存在非线性特性及不确定性。对该模型的仿真发现,反捻机构的惯性时间常数对吊篮方位控制系统的性能和机械结构安全有重要的意义。

用于球载控制系统反捻器的仿真

论述了一种反捻装置的构成原理,给出了系统的仿真模型,并在具有位置干扰和速度干扰的情况下,采用MATLAB对其进行了仿真,从仿真的结果来看,采用反捻装置的吊篮控制系统可以较好地完成控制任务。

平流层球载系统方位控制仿真与试验研究

研究了平流层球载系统的方位控制问题。介绍了吊篮方位控制系统工作原理并建立了其数学模型,控制系统采用反作用飞轮子系统实现吊篮方位的高精度控制,并采用反捻装置子系统实现对飞轮电机的卸荷以及对干扰力矩的解耦控制。针对球载方位控制系统,提出了一种带调节因子的新型非线性PID控制器,控制器根据指令跟踪误差自动调整增益参数,能够克服传统PID控制器难以协调快速性和超调量的缺点。仿真与试验结果表明,吊篮控制方案以及非线性PID控制算法能够准确实现球载系统的方位跟踪。

一种提高球载吊篮方位测量精度的校准方法

针对球载吊篮方位角的测量问题,给出了一种磁方位传感器的磁偏角补偿及整机校准方法。首先,通过GPS的数据进行动态补偿,降低了因位置变化而导致的磁偏角误差;而对校准方法的描述和分析,明确了校准过程的操作及提高精度的措施,其中介绍的快速解算地球上任意两点连线真方位角的方法则验证了参考点的真方位角数据,提高了校准结果的可信性。校准数据及结果表明,该方法在一定程度上能减小多种因素的影响,提高传感器测量精度,且计算量小并便于算法实现。

基于LabVIEW的吊篮姿态控制地面监控软件设计

针对高空气球吊篮姿态控制系统地面监控的需求,利用LabVIEW开发环境设计了一种吊篮姿态控制地面监控软件。监控软件采用了模块化的设计思想实现了遥测数据的接收与实时显示、控制指令的上传与记录、数据和日志的下载与存储等功能。实际测试结果表明,基于LabVIEW开发的监控软件,可满足高空气球吊篮姿态控制系统的监控需求,并且具有开发周期短、可扩展性好、便于调整和维护的优点。