Analysis of the Wave Velocity Ratio Anomalies in the Tianshan Region of Xinjiang

Based on the seismic observation report data provided by the Xinjiang Digital Seismic Network from 2009 to 2014,we calculate the wave velocity ratio and its background value for medium and small earthquakes by using the multi-station method in Tianshan,Xinjiang.This paper analyzes the variation of the wave velocity ratio disturbance value to highlight the abnormal,and also back-traces 7 moderate earthquakes at the research area.The results show that:(1)the background value of the wave velocity ratio is almost 1.70,the wave velocity ratio obviously decreases in the middle-eastern part of Tianshan and the region near the Puchang fault;(2)the wave velocity ratio disturbance value is mostly low in the epicenter before four earthquakes of M≥5.0 from 2011 to 2013 in the study area;(3)before 7 moderate strong earthquakes,the earthquake events with low value of the wave velocity ratio account for over 60% of corresponding total events near the epicenters,and the low value of the wave velocity ratio is relatively obvious before moderate earthquakes.

基于速度信号的扰动观测器及在光电稳定平台的应用

在闭环控制系统中引入了扰动估计和补偿来改善光电稳定平台低速性能,并提高其扰动抑制能力。提出了基于速度信号的扰动观测器,并对其各项性能进行了研究。介绍了常规的基于加速度的扰动观测器的工作原理,指出了它在光电稳定平台应用中存在的问题;通过引入平台的标称模型,构建了基于平台速度信号的扰动观测器,给出了相应的闭环控制系统结构,分析了它的输入输出特性、扰动抑制能力和鲁棒性;最后,对本文方法进行了仿真和物理实验。实验结果表明:当平台按0.5Hz,0.6(°)/s做正弦运动时,引入本文提出的带扰动观测器的PI控制基本克服了常规PI控制存在的低速爬坡现象;对于1Hz,6.3(°)/s的载体正弦速度扰动,平台的扰动隔离度提高了约14dB,稳定精度从0.03°(RMS)提高到了0.004 4°(RMS)。实验结果证明了本文方法的有效性。

航空相机前向像移补偿的线性自抗扰控制

为消除飞机姿态角速度变化对摆扫式航空相机反射镜组件进行前向像移补偿时的扰动,设计了线性自抗扰控制器(LADRC),研究了角速度扰动与力矩扰动的等效关系和扰动估计及补偿方法。首先,分析了飞机姿态角速度扰动对像移补偿的影响;然后,建立了有力矩扰动作用时反射镜系统的数学模型,设计了用于扰动观测与估计的线性扩张状态观测器及带扰动补偿环节的控制律。最后,在反射镜组件上对LADRC的控制性能进行了实验,并与目前航空相机常用的滞后超前校正进行了比较。实验结果表明,与滞后超前校正相比,施加同样的扰动,线性自抗扰控制的扰动残差在1.4%以内,减小了75%左右,稳速精度达到0.25%,提高了扫描反射镜的稳速性能和鲁棒性。

基于角加速度的陀螺框架伺服系统干扰观测器

磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG,Magnetically Suspended Control MomentGyro)是大型航天器姿态控制的关键执行机构,影响MSCMG输出力矩准确度的一个关键因素是其框架伺服系统的控制精度.为提高MSCMG框架伺服系统的抗干扰能力和控制精度,提出了一种基于角加速度的干扰观测器.其设计思想是:卡尔曼滤波器利用角位置估计出角速度并送往状态观测器以获取准确的角加速度,角加速度和电流作为干扰观测器的输入以获得补偿电流,补偿电流加到电流环的输入端以补偿各种干扰.干扰观测器结构简单,抗干扰能力强.实验表明:该方法有效地提高了MSCMG框架伺服系统的角速度精度与稳定度.

扩展状态观测器在陀螺稳定平台中的应用仿真

为提高陀螺稳定平台速度稳定精度,提出基于扩展状态观测器的陀螺稳定平台速度稳定回路设计方法。通过扩展状态观测器,实时对系统综合扰动量进行观测并予以补偿,以提高陀螺稳定平台速度稳定精度及平滑度。系统仿真实验结果表明:该方法简单易行,可对系统扰动进行有效补偿,具有一定的实用性。

弹载滚转稳定平台的扰动和速度补偿控制

为提高弹载滚转稳定伺服平台的性能,提出一种基于扰动和速度双补偿弹载滚转稳定平台伺服电机复合控制策略。电流环上增加扰动观测器观测伺服平台的负载扰动,观测值前馈到电流环控制端,实现扰动实时补偿控制;利用速率陀螺信号与伺服电机速度信号来计算载体转速,将其通过速度前馈控制器前馈到速度环控制端,实现对载体速度补偿控制。实验结果表明,补偿复合控制策略能够增强平台抗干扰能力,提高稳定平台精度。

基于速度扰动观测和模糊PID的视轴稳定控制

为了实现对目标的准确测量和跟踪,无人机光电平台必须要有较高的视轴(LOS)稳定精度,视轴稳定系统必须要有良好的控制性能和抗干扰能力。为了提高平台的视轴稳定精度,提出了一种将模糊比例-积分-微分(PID)控制器与扰动观测器相结合的研究方法,解决了单一方法抑制扰动的局限性,有效提高了抗干扰能力。试验表明,在1 Hz的力矩扰动下,加入基于速度扰动观测器(VDOB)的稳定回路的隔离度为4.31%,小于未加入VDOB回路的5.84%;在1 Hz的速度扰动下,加入VDOB的稳定回路的隔离度为4.72%,小于未加入VDOB回路的5.56%。试验结果证明,模糊PID能隔离大部分扰动信号,扰动观测器能进行有效反馈补偿,两者结合的方法提高了系统抗干扰能力和平台的稳定精度。通过对平台稳定回路的研究以及视轴稳定精度的提高,能改善机载光电平台的跟踪性能,有效增强无人机的作战力。

新疆天山地区的波速比异常分析

收集整理了新疆地震台网2009~2014年的地震观测数据,利用多台和达法计算了新疆天山地区中小地震的波速比及其背景值。为了突出异常变化,分析了研究区内的波速比扰动值变化,同时回溯了天山地区7次中强地震。结果表明：①天山地区波速比的背景值为1.70左右,自2013年开始,波速比的低值异常主要集中在天山中东段及普昌断裂附近;②2011~2013年研究区内4次M_S5.0以上地震前,震中位置波速比扰动值多数处于低值状态;③7次中强地震前,震中及其附近区域波速比低值的地震事件占相应时段内总事件的比率大于60%,研究区内中强地震前波速比呈低值状态较明显。

动力定位辅助锚泊定位船有限时间观测器设计

针对船舶动力定位辅助锚泊定位(DPM)系统中速度不可测和外部扰动不确定的问题,基于传统的状态观测器的设计了一种有限时间状态观测器(FTSO),所提观测器可以同时对船舶速度和外部扰动进行估计.在船舶的建模过程中考虑了系统中的未建模动态项,并根据建立的数学模型给出了所提观测器的数学表达式.利用矩阵不等式、齐次理论和Lyapunov稳定性理论等证明了该有限时间观测器是半全局有限时间稳定的.对所提观测器进行了仿真验证,并与传统的状态观测器进行了对比实验,仿真结果表明所提观测器具有更快的收敛速度和更好的抗干扰性.

机载光电平台的非线性积分滑模控制器设计

为了提高机载光电稳定平台的动态性能及稳定精度,提出了一种非线性积分滑模的控制方法,该方法可以解决传统滑模具有的稳态误差及传统积分滑模超调量大、调节时间长以及暂态性能恶劣等问题;采用改进的指数趋近律,可加快响应速度并减小抖振。另外,将非线性积分滑模面引入滑模观测器,提高了系统的抗扰能力。仿真结果表明,与传统滑模、传统线性积分滑模相比,该方法可以无超调、更快、更准确地跟踪输入指令,并且瞄准线稳定精度相较于传统滑模提高28.43%。因此,所设计的控制方法既提高了系统的动态性能,也提高了平台的稳定精度。

基于改进扩张状态观测的机载目标指示稳定控制

为了满足先进航空目标指示装备对视轴速度平稳性误差的设计需求,提出了一种基于扰动估计与补偿理论的控制算法。设计了一种改进扩张状态观测器以减小高阶观测器的相位延迟,提高视轴控制精度。对改进的控制算法进行了阶跃响应和速度稳定两部分实验,并与传统PID算法进行了比较。通过分析阶跃实验结果可得,该控制算法在不同的闭环控制带宽下,均能达到更短的稳定时间和更低的超调量,在35 Hz的闭环带宽下,相比PID算法的稳定时间减少了49.1%、超调量降低了88.4%,系统动态性能提升明显;速度稳定实验结果表明,该控制算法对幅值为1°、频率为2.5 Hz以内的不同扰动的抑制能力显著提高,视轴的速度误差均控制在0.1(°)/s以内,扰动残值均小于0.1(°)/s。该控制算法满足先进目标指示装备的设计需求,对提高系统动态性能和视轴速度平稳性具有较高的实用价值。

基于扰动观测器和分数阶PID的视轴稳定控制

为了实现无人机视轴稳定系统的准确跟踪与测量,该文提出了一种将分数阶PID控制器与速度扰动观测器相结合的控制方法。解决了单一控制方法抑制扰动的局限性,有效提高了系统的稳定性以及抗干扰能力。试验表明,在1 Hz的速率扰动下,加入基于速度扰动观测器(VDOB)的稳定回路的速度跟踪误差均方值下降了82%;在1 Hz的力矩扰动下,加入VDOB的稳定回路的速度跟踪误差均方值下降了75%。试验结果证明,分数阶PID可以隔离部分扰动信号,速度扰动观测器可以有效地进行反馈补偿。两者相结合的方法增强了光电平台的稳定性和抗干扰能力,有效地改善了机载光电平台的跟踪性能。

固定翼无人机自适应滑模控制

针对固定翼无人机的姿态和速度控制中存在不确定和外部扰动的问题,设计自适应超螺旋滑模干扰观测器和控制器,实现了固定翼无人机对速度指令和姿态指令的有限时间精确跟踪.首先建立固定翼无人机速度模型和基于四元数的姿态误差模型;进而在该模型的基础上针对无人机飞行过程中的外部扰动和不确定问题,采用自适应超螺旋滑模算法设计干扰观测器对干扰和不确定进行快速估计,并在此基础上设计多变量超螺旋控制器使固定翼无人机快速、精确地跟踪期望的速度和姿态指令;最后基于Lyapunov理论证明了该系统的稳定性.仿真结果表明:所提出的综合控制策略可以实现固定翼无人机速度与姿态的快速精确跟踪并具有良好的鲁棒自适应能力,而且针对无人机不同的飞行指令,使用该控制策略都能使无人机快速稳定的达到预期目标.

半捷联式单反镜转台抗干扰性能研究

为提高单反转台的抗干扰性能,对半捷联稳定与直接稳定方式进行对比分析。针对单反镜转台载体的扰动与扰动力矩的影响,以及惯性空间中角速度测量问题,采用匹配滤波、扰动观测器以及角速度补偿算法。仿真结果表明在采用匹配滤波后,稳定平台的解耦精度在1 Hz时提高了28 dB,采用匹配滤波与扰动观测器相结合的控制算法下,系统的精度提高了88.34%,角速度补偿算法能够有效地解决载体与框架之间的耦合。最终实验表明,采用匹配滤波与扰动观测器后系统的跟踪均方误差从42.37μrad(1σ)提高至12.69μrad(1σ),其跟踪精度提高了70.05%。

基于永磁同步电机的飞机舵机电动负载模拟器设计

针对飞机舵机电动负载模拟器存在工作性能差的问题,提出了基于永磁同步电机的复合控制策略。该方法在负载模拟器数学模型中引入力矩速度反馈环节,再结合模糊积分滑模控制与扰动观测器对永磁同步电机调速控制器进行设计。MATLAB/Simulink仿真结果表明,该方法不仅提高了负载模拟器的加载精度、响应速度,而且能够保证系统的稳定性和鲁棒性。

The hydrothermal wave of large-Prandtl-number fluid in a shallow cavity

The hydrothermal wave was investigated numerically for large-Prandtl-number fluid (Pr = 105.6) in a shallow cavity with different heated sidewalls. The traveling wave appears and propagates in the direction opposite to the surface flow (upstream) in the case of zero gravity when the applied temperature difference grows and over the critical value. The phase relationships of the disturbed velocity,temperature and pressure demonstrate that the traveling wave is driven by the disturbed tem-perature,which is named hydrothermal wave. The hydrothermal wave is so weak that the oscillatory flow field and temperature distribution can hardly be observed in the liquid layer. The exciting mechanism of hydrothermal wave is analyzed and discussed in the present paper.