针对运载火箭在高空风区域飞行时的减载需求,提出了一种自适应姿态开环减载控制技术。此减载控制系统采用加速度计测量火箭箭体的法向与横向视加速度,采用速率陀螺测量箭体绕质心转动角速度。设计了一种门限自动切换判别结构,使控制系统能够自动从传统纯姿态控制切换到姿态开环减载控制。当火箭遭遇到很大高空风时,控制系统姿态回路开环,俯仰通道和偏航通道分别跟踪零法向、横向视加速度指令,使火箭转到来流方向,实现减小气动载荷的目的。以某型运载火箭为例对比了几种控制方案的减载效果,仿真结果表明自适应姿态开环减载控制有效提高运载火箭减载效果,具有工程应用价值。
针对GNSS/SINS组合导航系统在全球导航卫星系统(GNSS)失效情况下,系统导航误差会因捷联式惯性导航系统(SINS)的误差积累而迅速扩大的问题,提出一种基于卡尔曼滤波(KF)的GNSS/SINS/GC/VL松组合导航系统及算法。该算法利用引入的航向和航速信息建立滤波方程,可以实现在滤波后对SINS进行误差修正。仿真结果表明,有陀螺罗经和计程仪辅助的GNSS/SINS组合导航系统在GNSS失效情况下,其定位误差比传统GNSS/SINS松组合的定位误差小。
针对惯性动量轮用单圈磁钢无刷直流电机气隙磁密低且干扰磁密大的缺陷,提出了一种新型双圈磁钢无刷直流电机。介绍了电机的磁路构型,采用有限元法对比分析了2种电机的有效气隙磁密和干扰气隙磁密,并利用数学方程推导分析了2种电机的驱动力矩和干扰力矩。分析结果表明,与传统电机相比,新型双圈无刷直流电机具有良好的结构特性。在建立电机的动态特性数学模型的基础上,设计了电机的智能PID控制系统,并制定了模糊控制规则。利用MATLAB/Simulink对该系统进行仿真,结果表明,与传统PID控制系统相比,智能PID控制系统可将双圈磁钢无刷直流电机的响应时间由0.144s降至0.07s,超调量由3.2%降低至0.26%,实现了新型双圈无刷直流电机的高精度转速控制。
针对传统的粒子群优化算法容易陷入局部最优解的问题,采用量子粒子群优化算法开展了无人机三维航迹规划。详细分析了固定翼无人机的飞行性能约束条件。为了减小算法计算复杂度,提高规划效率,对三维航迹规划问题的高度规划采用了直接设定策略,即,设置各个航路点的高度介于最大、最小飞行高度之间,从而将三维航路规划问题简化为二维航路规划问题。设计了收缩-扩张因子的线性增大调节策略、代价函数和航迹规划流程。分别采用量子粒子群优化算法和传统粒子群优化算法开展了无人机三维航迹规划仿真实验。仿真结果对比表明,所设计的量子粒子群优化算法比传统粒子群优化算法具有更高的全局搜索能力和搜索精度。
为解决无人机飞行器在多源组合导航系统中,不同信息源由于其传输频率不同,信息利用率不高导致定位、测姿精度降低以及传感器数量增多导致计算量增加和信息融合困难的问题,提出了一种基于因子图算法的信息融合方法。以无人机MINS/BDS/磁罗盘/气压高度表组合导航系统为例,构建了因子图信息融合模型。最后,通过车载跑车试验采集导航传感器原始数据进行离线仿真,将因子图融合算法与分散式联邦滤波算法进行误差对比,验证了因子图算法作为无人机信息融合方法的可行性,并且该方法在高度定位以及航向角测姿上展现了更高的精度。因子图算法灵活的扩展能力,为实现无人机定位、测姿的完整性提供了保障,系统的鲁棒性逐步增强,同时为进一步研究无人机全源导航打下了基础。
