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仿鸟群自推进机制的无人机集群相变控制
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作者 段海滨 尤灵辰 +1 位作者 范彦铭 李明 《自动化学报》 北大核心 2025年第5期960-971,共12页
针对无人机集群的运动相态转换问题,提出一种仿鸟群自推进粒子模型的无人机集群相变控制方法.首先,从鸟群运动行为中获得启发,通过设计速度保持项和势能梯度项构建仿鸟群运动模型,并设计相变控制项模拟巢穴对鸟群的吸引,以实现集群在不... 针对无人机集群的运动相态转换问题,提出一种仿鸟群自推进粒子模型的无人机集群相变控制方法.首先,从鸟群运动行为中获得启发,通过设计速度保持项和势能梯度项构建仿鸟群运动模型,并设计相变控制项模拟巢穴对鸟群的吸引,以实现集群在不同相态之间的转换.然后,讨论集群在设计的相变控制律作用下的运动相态,证明无人机集群能够实现两种稳定的运动相态并进行相互转换.最后,仿真验证了集群存在的两种稳定运动构型,所提出相变控制律能够实现两种集群运动相态的互相转换. 展开更多
关键词 无人机集群 相变控制 自组织 自推进粒子
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无人飞行器集群自主控制专题序言
2
作者 段海滨 《自动化学报》 北大核心 2025年第5期903-904,共2页
随着无人飞行器技术的快速发展,集群系统在军事侦察、灾害救援、物流配送、农业植保等领域的应用潜力日益凸显.集群自主控制是无人飞行器集群方向的核心关键技术和“卡脖子”挑战痛点难题,通过突破无人飞行器集群自主控制技术,实现高效... 随着无人飞行器技术的快速发展,集群系统在军事侦察、灾害救援、物流配送、农业植保等领域的应用潜力日益凸显.集群自主控制是无人飞行器集群方向的核心关键技术和“卡脖子”挑战痛点难题,通过突破无人飞行器集群自主控制技术,实现高效协同作业,提升复杂环境下的任务适应性和系统鲁棒性,为未来智能无人飞行器的新质规模化应用提供关键技术支撑. 展开更多
关键词 军事侦察 集群系统 灾害救援 自主控制
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无人机/无人艇异构协同固定时间预设性能演化控制
3
作者 袁洋 段海滨 魏晨 《自动化学报》 北大核心 2025年第5期1052-1066,共15页
针对执行器故障的无人机/无人艇异构协同系统编队包容控制问题,提出一种固定时间预设性能演化控制方法.为保证基于视觉测量的相对位置信号的连续性和准确性,设计控制误差收敛的演化路径,通过固定时间预设性能函数使误差限制在演化路径... 针对执行器故障的无人机/无人艇异构协同系统编队包容控制问题,提出一种固定时间预设性能演化控制方法.为保证基于视觉测量的相对位置信号的连续性和准确性,设计控制误差收敛的演化路径,通过固定时间预设性能函数使误差限制在演化路径的邻域内,并利用转换函数将受约束跟踪问题转换为无约束镇定问题.采用动态面技术对转换后的误差动力学进行控制,并利用干扰观测器和自适应技术对干扰和未知执行器故障进行估计.通过Lyapunov函数证明误差动力学闭环系统所有信号都是最终一致有界的,并进一步证明编队误差是固定时间稳定的,数值仿真验证了所提方法的有效性. 展开更多
关键词 异构协同系统 编队包容控制 执行器故障 预设性能演化控制 固定时间稳定
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基于深度强化学习的无人机自主感知−规划−控制策略
4
作者 吕茂隆 丁晨博 +1 位作者 韩浩然 段海滨 《自动化学报》 北大核心 2025年第6期1305-1319,共15页
近年来,随着深度强化学习(DRL)方法快速发展,其在无人机(UAV)自主导航上的应用也受到越来越广泛的关注.然而,面对复杂未知的环境,现存的基于DRL的UAV自主导航算法常受限于对全局信息的依赖和特定训练环境的约束,极大地限制了其在各种场... 近年来,随着深度强化学习(DRL)方法快速发展,其在无人机(UAV)自主导航上的应用也受到越来越广泛的关注.然而,面对复杂未知的环境,现存的基于DRL的UAV自主导航算法常受限于对全局信息的依赖和特定训练环境的约束,极大地限制了其在各种场景中的应用潜力.为解决上述问题,提出多尺度输入用于平衡感受野与状态维度,以及截断操作来使智能体能够在扩张后的环境中运行.此外,构建自主感知−规划−控制架构,赋予UAV在多样复杂环境中自主导航的能力. 展开更多
关键词 无人机 深度强化学习 自主导航 复杂未知环境
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城市轨道交通道岔滑床板结构优化及应用研究
5
作者 吕文昊 陈鹏 +3 位作者 段玉振 费维周 段海滨 辛涛 《都市快轨交通》 北大核心 2025年第3期79-83,共5页
针对城市轨道交通道岔区焊接式滑床板方案发生的压舌断裂、台板与底板脱焊、转换失效,整铸滑床板方案铸造工艺复杂,易出现夹渣、缩松、废品率相对较高、传统的滑床板涂油养护方式岔区养护维修工作量较大、轨行区污染严重、侵蚀扣件垫板... 针对城市轨道交通道岔区焊接式滑床板方案发生的压舌断裂、台板与底板脱焊、转换失效,整铸滑床板方案铸造工艺复杂,易出现夹渣、缩松、废品率相对较高、传统的滑床板涂油养护方式岔区养护维修工作量较大、轨行区污染严重、侵蚀扣件垫板、影响垫板的耐久性等问题。从结构设计、铸造工艺、降低表面摩擦系数、无损检测等方面对滑床板的设计、生产、检测各关键环节进行优化改进。通过理论分析及室内试验,验证新型整铸滑床板的可靠性及优异性,并进行在线试铺。结果表明,提出的新型整铸滑床板大幅降低了道岔区养护维修工作量,且养护维修便利性增强,对今后道岔板的优化设计及病害整治具有重要意义。 展开更多
关键词 城市轨道交通 滑床板 结构优化 铸造工艺 无损检测
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无人机集群空中博弈对抗体系指挥控制模型 被引量:1
6
作者 吕茂隆 段海滨 +3 位作者 杨任农 张群 万路军 陈希亮 《指挥与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期401-411,共11页
针对无人机集群空中博弈对抗体系的指挥控制问题,系统阐述了无人机集群协同空战典型场景的作战过程模型,分析设计了空中无人机集群博弈对抗体系的作战任务剖面,构建了空中无人机集群协同作战体系信息流程模型。研究结论能够为空中无人... 针对无人机集群空中博弈对抗体系的指挥控制问题,系统阐述了无人机集群协同空战典型场景的作战过程模型,分析设计了空中无人机集群博弈对抗体系的作战任务剖面,构建了空中无人机集群协同作战体系信息流程模型。研究结论能够为空中无人作战体系构建、无人集群协同空战指挥控制架构以及协同作战规划设计方法等研究提供理论支撑。 展开更多
关键词 无人机集群 博弈对抗 体系 协同作战 指挥控制 任务剖面 信息流程模型
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仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法 被引量:1
7
作者 仝秉达 段海滨 魏晨 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期855-865,共11页
针对多无人机对抗问题,本文提出了一种三维空间中仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法.在分析鹰鸽捕食逃逸行为的基础上,文章构建了多无人机博弈对抗系统模型,并定义了微分博弈中的连续可微值函数,证明了值函数满足Hamilton-J... 针对多无人机对抗问题,本文提出了一种三维空间中仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法.在分析鹰鸽捕食逃逸行为的基础上,文章构建了多无人机博弈对抗系统模型,并定义了微分博弈中的连续可微值函数,证明了值函数满足Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程,从而保证鞍点策略存在.使用最优分配方法,为仿鹰无人机一方设计了分组对抗分配策略,以解决多无人机追逃场景中的任务分配问题.本文对比仿真实验结果验证了所提出方法的有效性. 展开更多
关键词 多无人机对抗 微分博弈 任务分配 捕食逃逸 鞍点策略
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基于有限忍耐度鸽群优化的无人机近距空战机动决策
8
作者 郑志强 段海滨 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第5期1401-1407,共7页
由于对抗双方态势的快速变化,无人机近距空战机动自主决策困难且复杂,是空中对抗的一个难点。对此,提出一种基于有限忍耐度鸽群优化(FTPIO)算法的无人机近距空战机动决策方法。该方法主要包括基于机动动作库的对手行动预测和基于FTPIO... 由于对抗双方态势的快速变化,无人机近距空战机动自主决策困难且复杂,是空中对抗的一个难点。对此,提出一种基于有限忍耐度鸽群优化(FTPIO)算法的无人机近距空战机动决策方法。该方法主要包括基于机动动作库的对手行动预测和基于FTPIO算法的机动控制量和执行时间优化求解两个部分。为提升基本鸽群优化(PIO)算法的全局探索能力,引入有限忍耐度策略,在鸽子个体几次迭代中没有找到更优解时对其属性进行一次重置,避免陷入局部最优陷阱。该方法采用的优化变量是无人机运动模型控制变量的增量,打破了机动库的限制。通过和极小极大方法、基本PIO算法和粒子群优化(PSO)算法的仿真对抗测试结果表明,所提出的机动决策方法能够在近距空战中有效击败对手,产生更为灵活的欺骗性机动行为。 展开更多
关键词 鸽群优化算法 近距空战 机动决策 无人机 有限忍耐度策略
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基于关联定位误差信息素的巡航导弹集群快速协同搜索研究
9
作者 陈汝佳 邓亦敏 段海滨 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2024年第3期51-58,共8页
协同搜索是巡航导弹多弹控制领域的一个未来发展方向,对其进行研究有助于巡航导弹适应未来战场智能化作战需求。针对缺少先验环境信息下巡航导弹集群对目标的高效搜索问题,本文提出了一种基于关联定位误差的改进信息素快速协同搜索算法... 协同搜索是巡航导弹多弹控制领域的一个未来发展方向,对其进行研究有助于巡航导弹适应未来战场智能化作战需求。针对缺少先验环境信息下巡航导弹集群对目标的高效搜索问题,本文提出了一种基于关联定位误差的改进信息素快速协同搜索算法,筛选组内精英个体领导集群成员的搜索。在此基础上,结合交叉测向、位置控制、信息融合、自主分组等技术,构建了适用于巡航导弹集群的具体实现架构。通过数值仿真分析和对比,本文构建的架构能够实现特定场景下巡航导弹集群对多未知目标的位置定位,而提出的改进信息素搜索算法能够提升协同搜索的效率。 展开更多
关键词 巡航导弹 无人系统集群 协同搜索 蚁群信息素 制导与控制
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一种求解连续空间优化问题的改进蚁群算法 被引量:74
10
作者 段海滨 马冠军 +1 位作者 王道波 于秀芬 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期974-977,共4页
蚁群算法是近几年优化领域中新出现的一种启发式仿生类并行智能进化算法,该算法采用分布式并行计算和正反馈机制,易于与其它方法结合,目前虽然已经在离散空间优化领域中得到了广泛应用,但是在求解连续空间优化问题方面的研究相对较少。... 蚁群算法是近几年优化领域中新出现的一种启发式仿生类并行智能进化算法,该算法采用分布式并行计算和正反馈机制,易于与其它方法结合,目前虽然已经在离散空间优化领域中得到了广泛应用,但是在求解连续空间优化问题方面的研究相对较少。在介绍基本蚁群算法机制原理和数学模型的基础上,提出了一种用于求解连续空间优化问题的改进蚁群算法。将连续空间优化问题的解向量分解成有限个网格,同时构造了一个与蚁群转移概率相关的评价函数,并借助相遇搜索策略对蚁群算法进行了改进,将各条寻优路径上可能的残留信息素数量限制在一个最大最小区间,以提高改进后蚁群算法的全局收敛性能。仿真实验表明,提出的改进蚁群算法较文献[11]所提出的自适应蚁群算法能更快地找到连续空间优化问题更优良的全局解,从而为蚁群算法求解这类问题提供了一条可行有效的新途径。 展开更多
关键词 蚁群算法 信息素 正反馈 连续空间优化
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基于云模型理论的蚁群算法改进研究 被引量:44
11
作者 段海滨 王道波 +1 位作者 于秀芬 朱家强 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期115-119,共5页
近几年优化领域中新出现的蚁群算法采用分布式并行计算机制,易于与其它方法结合,具有较强的鲁棒性,但易限于局部最优解是其最突出的缺点.云模型是一种新的实现定性概念和定量数值之间转换的有力工具,本文在介绍云模型理论的基础上,提出... 近几年优化领域中新出现的蚁群算法采用分布式并行计算机制,易于与其它方法结合,具有较强的鲁棒性,但易限于局部最优解是其最突出的缺点.云模型是一种新的实现定性概念和定量数值之间转换的有力工具,本文在介绍云模型理论的基础上,提出了一种利用云模型来有效限制蚁群算法陷入局部最优解的方法,最后将基于云模型理论的改进蚁群算法与未改进的蚁群算法分别应用于著名的CHC144TSP进行实验.改进后的蚁群算法采用升半正态云规则进行控制,并选取了500个云滴,仿真计算结果证明了该方法的有效性和可行性. 展开更多
关键词 云模型理论 蚁群算法 信息素 定性关联规则
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高空长航时无人机技术发展新思路 被引量:20
12
作者 段海滨 范彦铭 张雷 《智能系统学报》 北大核心 2012年第3期195-199,共5页
根据未来航空发展的战略需要,面向新一代高空长航时无人机的系统设计,十分有必要开展探索性、创新性和面向高空长航时无人机的关键技术研究.提出了高空长航时无人机技术发展的新思路和其瓶颈问题的解决方案.重点从高空长航时无人机多目... 根据未来航空发展的战略需要,面向新一代高空长航时无人机的系统设计,十分有必要开展探索性、创新性和面向高空长航时无人机的关键技术研究.提出了高空长航时无人机技术发展的新思路和其瓶颈问题的解决方案.重点从高空长航时无人机多目标组合优化、气动-隐身一体化、能源动力、软件使能自主控制、自主导航、测控和信息传输、空天地多机分布协同等方面给出了可行技术方案和重点研究方向.这些技术的实现可增强高空长航时无人机系统方面的可持续发展能力,支撑和引领相关领域的技术发展. 展开更多
关键词 高空长航时无人机 多目标组合优化 气动-隐身一体化 软件使能自主控制 多机分布协同
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基于仿鹰眼视觉的无人机自主空中加油 被引量:19
13
作者 段海滨 张奇夫 +1 位作者 邓亦敏 张祥银 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1450-1458,共9页
自主空中加油是提高无人机作战能力的重要技术支撑,而鹰在所有的动物中以视觉最为敏锐而著称。针对无人机自主空中加油中的精确对接需求,设计了基于仿鹰眼视觉原理的无人受油机视觉测量方法及半物理试验平台。采用鹰眼视觉注意机制提取... 自主空中加油是提高无人机作战能力的重要技术支撑,而鹰在所有的动物中以视觉最为敏锐而著称。针对无人机自主空中加油中的精确对接需求,设计了基于仿鹰眼视觉原理的无人受油机视觉测量方法及半物理试验平台。采用鹰眼视觉注意机制提取虚拟视景中的兴趣区域,剔除噪声和干扰。在对受油机上的颜色标志点进行识别的基础上采用P3P算法,对加油机和受油机之间的相对位姿进行精确估计,并设计了基于比例-积分-微分的硬式加油伸缩管控制律。基于上述技术,在实验室环境下设计开发了无人机自主空中加油半物理仿真平台。实验结果表明:所设计的仿鹰眼视觉测量方法和自主控制律能满足无人机自主空中加油的性能要求,具有较强的实时性、准确性和鲁棒性。 展开更多
关键词 无人机 自主空中加油 鹰眼视觉 位姿估计
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蚁群算法的研究现状及其展望 被引量:61
14
作者 段海滨 王道波 于秀芬 《中国工程科学》 2007年第2期98-102,共5页
蚁群算法是近几年优化领域中新出现的一种启发式仿生类并行智能进化系统,该算法采用分布式并行计算和正反馈机制,易于与其他方法结合,目前已经在众多组合优化领域中得到广泛应用。在介绍基本蚁群算法数学模型的基础上,列举了进入21世纪... 蚁群算法是近几年优化领域中新出现的一种启发式仿生类并行智能进化系统,该算法采用分布式并行计算和正反馈机制,易于与其他方法结合,目前已经在众多组合优化领域中得到广泛应用。在介绍基本蚁群算法数学模型的基础上,列举了进入21世纪以来部分具有代表性的蚁群算法改进模型及其应用情况,然后重点从算法的模型改进、理论分析、并行实现、应用领域、硬件实现、智能融合等角度对蚁群算法在今后的研究方向作了系统分析与展望。 展开更多
关键词 蚁群算法 信息素 正反馈 优化
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基于模糊规则和动态蚁群-贝叶斯网络的无人作战飞机态势评估 被引量:10
15
作者 段海滨 马冠军 赵振宇 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2013年第2期119-127,共9页
为解决无人作战飞机复杂环境下的态势评估难题,阐述了蚁群优化和贝叶斯网络基本原理和数学模型,设计了一种基于模糊规则和动态蚁群-贝叶斯网络的无人作战飞机态势评估方法.该方法通过蚁群-贝叶斯网络把不完备数据转换成完备数据,从而大... 为解决无人作战飞机复杂环境下的态势评估难题,阐述了蚁群优化和贝叶斯网络基本原理和数学模型,设计了一种基于模糊规则和动态蚁群-贝叶斯网络的无人作战飞机态势评估方法.该方法通过蚁群-贝叶斯网络把不完备数据转换成完备数据,从而大大简化了学习的复杂度,并保证算法能够向好的结构不断进化.利用模糊逻辑改进动态蚁群-贝叶斯网络算法,引入基于模糊语言和规则的专家经验,结合单值评估结果与概率向量,评价了不同时刻无人作战飞机的行为能力等级,能够提高态势评估方法的智能性并应用于工程实际.通过仿真实验验证了该方法在解决复杂作战环境下无人作战飞机态势评估问题时的可行性和有效性. 展开更多
关键词 无人作战飞机 态势评估 模糊规则 蚁群优化 贝叶斯网络
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鸽群优化算法研究进展 被引量:35
16
作者 段海滨 叶飞 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期1-7,共7页
仿生智能优化一直是智能计算领域的一个热门研究领域,在生命科学、系统科学、控制科学、计算机科学、管理科学和社会科学等学科均已得到了广泛应用.鸽群优化(pigeon-inspired optimization,PIO)算法是近年来才出现的一种群体智能优化算... 仿生智能优化一直是智能计算领域的一个热门研究领域,在生命科学、系统科学、控制科学、计算机科学、管理科学和社会科学等学科均已得到了广泛应用.鸽群优化(pigeon-inspired optimization,PIO)算法是近年来才出现的一种群体智能优化算法,它是受自然界中鸽群自主归巢行为的启发而提出的.因此,对自然界中的鸽群机制和鸽群优化算法基本原理进行了阐述,介绍了鸽群优化模型,并对其在无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)编队、控制参数优化、图像处理等领域的典型应用进行了评述,最后展望了未来的发展方向. 展开更多
关键词 鸽群优化 鸽群归巢 地标算子
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蚁群算法的全局收敛性研究及改进 被引量:40
17
作者 段海滨 王道波 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2004年第10期1506-1509,共4页
针对蚁群算法(ACA)寻优性质优良,但搜索时间长、收敛速度慢、易限于局部最优解,从而使其进一步推广应用受到局限的问题,对算法的全局收敛性进行了深入的理论研究,并从改善全局收敛性的角度对算法作了一系列改进,最后对Bayes29这一典型的... 针对蚁群算法(ACA)寻优性质优良,但搜索时间长、收敛速度慢、易限于局部最优解,从而使其进一步推广应用受到局限的问题,对算法的全局收敛性进行了深入的理论研究,并从改善全局收敛性的角度对算法作了一系列改进,最后对Bayes29这一典型的TSP问题进行了仿真实验。实验结果证明,改进后的蚁群算法具有很好的全局收敛性能。这为蚁群算法的进一步理论研究打下了很好的基础,对其在各优化领域中的推广应用具有重要意义。 展开更多
关键词 蚁群算法 全局收敛性 信息素
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基于计算机视觉的UAV自主空中加油半物理仿真 被引量:5
18
作者 段海滨 张奇夫 +1 位作者 范彦铭 李昊 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期1491-1496,共6页
设计并实现了一种基于计算机视觉的无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)自主空中加油仿真平台,采用点匹配与位姿估计算法对软管式加油锥发光二极管(LED,Light Emitting Diodes)标志进行识别.对大气扰动和尾涡流进行了建模,建立了加油... 设计并实现了一种基于计算机视觉的无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)自主空中加油仿真平台,采用点匹配与位姿估计算法对软管式加油锥发光二极管(LED,Light Emitting Diodes)标志进行识别.对大气扰动和尾涡流进行了建模,建立了加油锥模型,并设计了加油锥运动状态预估算法.在此基础上,设计了基于线性二次型调节器(LQR,Linear Quadratic Regulator)的飞行控制律.基于上述技术,在实验室环境下设计开发了基于单目机载摄像机的无人机自主空中加油半物理仿真平台.半物理试验结果表明:所设计的位姿匹配算法和飞行控制律能够满足复杂环境下无人机自主空中加油的性能要求,具有较强的实时性、准确性和鲁棒性. 展开更多
关键词 无人机 自主空中加油 计算机视觉 线性二次型调节器 尾涡流
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武装直升机火控系统仿真转台的控制系统设计研究 被引量:6
19
作者 段海滨 王道波 尧放哉 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2004年第7期1567-1570,共4页
针对武装直升机火控系统的特点,设计研制了一种可用于对其仿真实验的三轴电动仿真转台。在介绍该转台主要性能指标的基础上,提出了武装直升机火控系统仿真测试转台的控制系统总体设计方案,对控制系统的软件设计进行了详尽描述,上位机采... 针对武装直升机火控系统的特点,设计研制了一种可用于对其仿真实验的三轴电动仿真转台。在介绍该转台主要性能指标的基础上,提出了武装直升机火控系统仿真测试转台的控制系统总体设计方案,对控制系统的软件设计进行了详尽描述,上位机采用了先进的VxD技术,上位机与下位机的通讯采用了双缓冲机制。含实物仿真实验表明,该仿真转台的整个控制系统具有很高的控制精度,功能完善,可维护性好,已完成了多种型号武装直升机火控系统的重大试验任务。 展开更多
关键词 武装直升机 火控系统 仿真转台 控制系统 VχD
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光电轴角编码器在飞行仿真伺服系统中的应用 被引量:8
20
作者 段海滨 王道波 黄向华 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2004年第5期72-73,76,共3页
介绍了一种将光电轴角编码器用于飞行仿真伺服系统设计的新方案,并给出了系统的实现方法。阐述了光电轴角编码器的编码解算原理,研究设计了一种四倍频判向调理电路,飞行仿真伺服控制系统整体结构采用三闭环控制。实验测试结果表明:设计... 介绍了一种将光电轴角编码器用于飞行仿真伺服系统设计的新方案,并给出了系统的实现方法。阐述了光电轴角编码器的编码解算原理,研究设计了一种四倍频判向调理电路,飞行仿真伺服控制系统整体结构采用三闭环控制。实验测试结果表明:设计的光电轴角编码器及其四倍频判向调理方案的伺服系统具有控制精度高、稳定性好、鲁棒性强等优点。 展开更多
关键词 光电轴角编码器 飞行仿真 伺服系统 四倍频判向
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