球形光电成像系统空间目标跟踪的转台控制

针对光电成像跟踪系统需要超大视场及高机械集成度以满足航空设备对重量和体积的特殊需求,采用球形步进电机作为光电成像跟踪转台的执行机构,提出一种空间目标跟踪的转台控制方法。首先将空间目标的位置转换为三维转动群的群元,群元采用四元数作为三维旋转的数据结构,然后构建转台在空间步进旋转的路径图,并设计在不同空间位置下的目标跟踪方法,仿真结果表明球形转台控制方法进行目标跟踪的有效性,转台可以较快地搜索到通往目标位置的最佳路径,从而实现目标跟踪,跟踪误差取决于目标的具体位置,同时光电传感器在系统存在扰动时进行重新定位有着重要的意义。     

变桨距四旋翼无人飞行器航迹跟踪控制

针对传统定桨距四旋翼无人飞行器定桨距机构限制的问题,提出一种变桨距电机旋翼系统。在电机旋翼系统动力学模型的基础上,根据最小二次型最优控制方法设计了变桨距电机旋翼系统控制律,基于牛顿-欧拉方程和四元数运动学,建立了四旋翼飞行器动力学模型,推导了桨距角分配矩阵,设计了航迹跟踪控制律。仿真结果验证了变桨距技术相对定桨距技术在控制响应方面的优势,证明了提出的控制方法能够实现对变桨距四旋翼飞行器的高精度航迹跟踪控制。     

基于分数阶S面模型的四旋翼轨迹跟踪控制

四旋翼无人机具有欠驱动、非线性、强耦合的特点。针对四旋翼无人机轨迹跟踪控制中跟踪精度低,抗外界干扰能力弱的特点,通过对四旋翼无人机进行四元数建模,使用误差四元数作为控制器输入,消除了无人机在机动角度过大时的奇点问题,提出了一种分数阶S面的控制方法,即将分数阶PID控制与S面控制融合,作为一个新的控制器。轨迹跟踪试验表明,分数阶S面控制器在四旋翼无人机控制模型中的累计误差明显小于分数阶PID,证明了该方法具有抗风扰能力强、跟踪精度高的特点。     

一种微型双轴转台控制回路的H∞设计方法

针刘微型双轴转台伺服控制系统的特点,提出一种H∞混合灵敏度PS/T设计方法,探讨了性能权函数和鲁棒稳定权函数的确定方法,并对设计的控制器进行了仿真对比分析.结果表明:H∞控制系统具有更好的伺服性能和鲁棒稳定性.     

高精度惯测组合标定误差分析

惯性测量组合(IMU)标定误差分析对于惯性导航系统性能评估、误差分配和器件设备选型具有重要意义,但目前关于高精度IMU标定误差的定量讨论很少。借助四元数旋转矢量理论建立了转台轴正交度误差和转角控制误差模型,结合IMU测量误差的表示,定量分析了一种典型多位置标定编排方式下的标定误差。仿真结果和捷联惯性导航系统的试验结果证实了标定误差分析的正确性。     

气浮球形陀螺转子的控制

球形陀螺转子由球形静压气体轴承、转子、定子绕组、电动机负载和转子平衡配重等组成,以三相Y接半控电路为例,给出了其运行特性和传递函数,并介绍了转子稳速旋转电路及典型芯片的使用。     

螺旋矢量微分方程的推证

介绍了捷联惯导算法中的螺旋矢量算法,推导了螺旋矢量与姿态位置对偶四元数的数学关系,并在此基础上进一步推导证明了螺旋矢量微分方程.结果表明,螺旋矢量微分方程与旋转矢量微分方程具有形式上的一致性.     

控制力矩陀螺的动态扫描成像卫星姿态控制

针对卫星动态扫描成像任务中的姿态控制问题,建立卫星姿态动力学模型,分析动态扫描成像任务对姿态控制的特殊需求。结合动态扫描成像任务需求提出一种典型的姿态机动方案,对姿态机动过程所需控制力矩进行估计。基于期望力矩和星体实时姿态设计一种俯仰机动控制律,并提出五棱锥构型陀螺群的操纵方案。针对某动态扫描成像任务卫星,对提出的控制律进行数值仿真。仿真结果证明所提方案可以满足卫星动态扫描成像的姿态控制要求。     

基于四元数法的火炮随动系统解耦控制

用四元数法分析火炮随动控制中系统两个控制通道耦合的问题,提出了用解耦控制的方法消除火炮随动系统的静差。该方法可推广应用于同类随动系统的解耦控制中。     

四元数的实矩阵表示

四元数代数在计算机图形学、现代物理学、卫星的姿态表示等领域中都扮演着重要角色,从数学角度对四元数进行彻底研究是有价值的,但是,由于不可交换性,四元数并不像人们期望的那样易于掌握。处理四元数的方法之一是把它们等同为实数矩阵,其中各位置上的元素当然是可交换的。这样的\"等同\"实际上是从四元数代数到Rn×n的代数嵌入。研究了从四元数代数到Rn×n的代数嵌入问题,给出了把虚单位映成带符号置换矩阵条件下的所有可能的代数嵌入。我们用的方法是去考虑四元数代数生成元(即虚单位)的象。我们考察这些象的性质并确定有哪些实数矩阵满足它们。然后,我们运用群作用的语言化简了问题。我们得到的结论是有趣的:决定着嵌入的那些关键性的矩阵对是由的实数矩阵对构成的。而这样的矩阵对本质上只有两对。     

平方根Spherical Simplex UKF在飞船姿态估计中的应用

提出了一种用矢量观测来估计飞船姿态的平方根spherical simplex unscented卡尔曼滤波算法。该算法将spherical simplex unscented变换与unscented卡尔曼滤波结合起来,与采用scaled unscented变换的unscented卡尔曼滤波相比,具有更低的计算量。其平方根形式由于协方差阵的半正定性,拥有更好的数值稳定性。飞船的姿态运动学描述采用了四元数,而用广义罗德里格斯参数来克服卡尔曼滤波过程中的四元数归一化误差。仿真结果表明,该算法比标准扩展卡尔曼滤波具有更低的姿态估计误差及更快的收敛率。     

一类广义延拓四元数矩阵的奇异值分解

从普通四元数矩阵的奇异值分解出发,给出了具有行或列对称结构的一类四元数矩阵(即广义四元数延拓矩阵)的奇异值、奇异向量与其母矩阵的奇异值、奇异向量之间的定量关系,推广了现有文献的结果。理论分析和数值实验的结果表明,就一大类广义四元数延拓矩阵而言,仅用母矩阵进行奇异值分解不但可以节省计算量和存储量,而且不影响任何数值精度。     

转台角位置误差校准技术

角位置误差是评定转台性能的重要指标。对当前几种转台角位置误差校准技术的校准原理、校准方法及校准装置进行阐述和分析,比较各种校准技术的特点,最后对校准实际中需解决的关键问题和发展前景进行了总结展望。     

基于四元数法的反辐射武器飞行仿真研究

在开发反辐射武器攻击目标的三维飞行仿真系统中或分析处理三维运动数据时,针对传统的运动姿态旋转方法存在计算繁琐、旋转不均匀性及平衡环锁定等局限问题,采用四元数法可以避免这些局限,并且几何意义明确,计算简单。因此,提出在飞行仿真系统中利用四元数法来实现反辐射武器的运动姿态及飞行速度矢量的旋转,在飞行仿真试验中实现了飞行轨迹变化光滑连续的合理效果,仿真结果表明四元数法简化了矢量旋转计算模型,优化了解算性能,能够很好地应用于反辐射武器飞行仿真试验中。     

加速度计动态误差系数标定的仿真研究

为了简化加速度计动态误差系数的标定过程,缩短标定试验时间,在建立加速度计动态误差数学模型的基础上,结合三轴转台模型及测试原理,一次性标定出加速度计动态误差系数,同时避免了角振动台的使用。最后利用MATLAB软件进行仿真试验,得到了较好的结果。     

多敏感器卫星姿态确定的卡尔曼滤波器设计

针对陀螺、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态确定系统 ,采用四元数方法建立卫星姿态确定模型 ,并采用卡尔曼滤波器进行信息融合。仿真算例结果表明 ,该方法能够确定出满足精度要求的卫星姿态参数