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考虑滑块动态特性的变质心四旋翼无人机双回路控制 被引量:1
1
作者 杜青峰 荆武兴 +1 位作者 高长生 安若铭 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期861-873,共13页
针对滑块动态特性引入的附加干扰力矩造成系统姿态抖动强烈的问题,开展变质心四旋翼无人机滑块参数设计与姿态/伺服双回路控制研究。通过建立双滑块变质心四旋翼无人机八自由度运动模型,明确了滑块的引入对系统的影响,给出了与滑块动态... 针对滑块动态特性引入的附加干扰力矩造成系统姿态抖动强烈的问题,开展变质心四旋翼无人机滑块参数设计与姿态/伺服双回路控制研究。通过建立双滑块变质心四旋翼无人机八自由度运动模型,明确了滑块的引入对系统的影响,给出了与滑块动态特性相关的各项附加干扰力矩;分析并设计了滑块的安装位置、质量以及行程等参数,降低滑块对系统的耦合与干扰;最后以滑块驱动力作为控制量,设计了姿态/伺服双回路动态滑模控制器,同时利用非线性扰动观测器对复合扰动进行估计和补偿,并进行了仿真试验。仿真结果表明,在考虑滑块动态特性的情况下,所设计的控制器能够实现对变质心四旋翼无人机的姿态控制,并具有良好的抗干扰性能与鲁棒性。 展开更多
关键词 变质心控制 四旋翼无人机 动态特性 动态滑模 双回路
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应用多传感器激光视觉的焊接机器人变质心补偿控制 被引量:2
2
作者 张诚 袁慧铮 应之歌 《激光杂志》 CAS 北大核心 2024年第1期236-241,共6页
制造、安装、机械传动和温度变化等诸多方面的误差较大,产生补偿机器人变质心偏移度,任务执行途中失去期望位姿,为了提高焊接机器人工作效率,提出应用多传感器激光视觉的焊接机器人变质心补偿控制方法。建立焊接机器人变质心模型,应用... 制造、安装、机械传动和温度变化等诸多方面的误差较大,产生补偿机器人变质心偏移度,任务执行途中失去期望位姿,为了提高焊接机器人工作效率,提出应用多传感器激光视觉的焊接机器人变质心补偿控制方法。建立焊接机器人变质心模型,应用激光传感器扫描焊接机器人实际轨迹和位姿的几何特征,获取激光视觉图像标定管道焊缝,结合PLC控制器,调整焊接机器人轨迹和位姿,消除惯性力对变质心位移的干扰,实现焊接机器人变质心补偿控制。实验结果表明,在X-Y坐标面、Z-X坐标面和Z-Y坐标面上的变质心补偿轨迹均与期望轨迹误差5 cm左右,高度重合;控制后,焊接机器人惯性位移在0.1 cm之内,近似于零,惯性力不再引导焊接机器人移动,可以稳定停靠在目标位置,变质心控制性能好。 展开更多
关键词 焊接机器人 变质心模型 激光视觉 轨迹 期望位姿
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大质量比滚控式变质心飞行器动力学特性分析
3
作者 孙佳慧 胡玉东 +1 位作者 高长生 荆武兴 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期250-261,共12页
针对大质量比滚控式变质心再入飞行器结构参数设计问题,建立了包含活动体偏转运动的完整飞行器姿态伺服动力学模型,进而对活动体参数设计对姿态动力学耦合特性的影响展开分析研究。首先根据Routh准则给出了飞行器的纵向静稳定区域,并讨... 针对大质量比滚控式变质心再入飞行器结构参数设计问题,建立了包含活动体偏转运动的完整飞行器姿态伺服动力学模型,进而对活动体参数设计对姿态动力学耦合特性的影响展开分析研究。首先根据Routh准则给出了飞行器的纵向静稳定区域,并讨论了配平攻角与活动体配置参数间的关系。对飞行器系统的动力学耦合分析结果表明,活动体偏转在控制滚转姿态的同时会对偏航姿态产生影响,进而造成控制精度的下降,甚至导致不稳定的飞行状态。为了在飞行器结构参数的优化设计中提高飞行器的控制性能、最小化飞行器滚转机动对偏航通道的影响,采用多尺度法对活动体偏转与飞行器偏航姿态运动构成的耦合非线性动力学系统在不同构型参数下的稳态解析解进行幅频响应特性分析,并给出考虑滚转偏航耦合约束下的大质量比滚控式变质心飞行器构型设计方案。 展开更多
关键词 变质心飞行器 动力学耦合 非线性振动 结构参数设计
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变质心控制策略分析 被引量:23
4
作者 易 彦 周凤歧 周 军 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期117-120,共4页
导弹高速飞行时,气动舵控制方案存在着舵面烧蚀及控制效率降低等弊端。本文研究了一种新颖的适用于再入飞行器的控制方法──变质心控制,从根本上克服了气动舵控制方法的不足。建立了完整的变质心控制导弹六自由度非线性动力学方程,... 导弹高速飞行时,气动舵控制方案存在着舵面烧蚀及控制效率降低等弊端。本文研究了一种新颖的适用于再入飞行器的控制方法──变质心控制,从根本上克服了气动舵控制方法的不足。建立了完整的变质心控制导弹六自由度非线性动力学方程,深入分析由于导弹质心移动引起弹体姿态角变化的两个重要因素,分别给出针对弹体自旋转角频率高、低不同情况时相应的控制策略,为进一步设计导弹控制系统奠定了坚实的基础。 展开更多
关键词 变质心控制 非线性动力学方程 自动驾驶仪 自旋转角频率 控制策略 导弹 飞行器 飞行控制
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基于变质心控制方式的再入弹头控制模式研究 被引量:16
5
作者 林鹏 周凤岐 周军 《航天控制》 CSCD 北大核心 2007年第2期16-20,共5页
弹头变质心机动控制是通过移动弹头的质心位置,利用气动配平力矩改变弹头的飞行姿态和攻角,从而可实现弹头机动控制。本文在推导变质心弹头的动力学方程的基础上,通过分析其方程组的特点并结合弹头再入过程中的气动、速度等参数变化规律... 弹头变质心机动控制是通过移动弹头的质心位置,利用气动配平力矩改变弹头的飞行姿态和攻角,从而可实现弹头机动控制。本文在推导变质心弹头的动力学方程的基础上,通过分析其方程组的特点并结合弹头再入过程中的气动、速度等参数变化规律,给出了变质心弹头再入过程中宜采用的控制模式,为变质心弹头控制律的设计提供了理论参考。 展开更多
关键词 弹头 变质心 机动控制 控制模式
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基于变质心控制导弹的运动分析 被引量:24
6
作者 易彦 周凤岐 周军 《航天控制》 CSCD 北大核心 2000年第3期1-5,共5页
导弹变质心机动控制通过改变弹头的质心 ,利用气动配平力矩改变弹头飞行姿态和攻角 ,从而实现导弹机动控制。本文首次详细推导了基于变质心控制导弹的空间六自由度的动力学方程 ,并建立了一套完整的仿真系统 ,针对导弹在垂直平面内运动... 导弹变质心机动控制通过改变弹头的质心 ,利用气动配平力矩改变弹头飞行姿态和攻角 ,从而实现导弹机动控制。本文首次详细推导了基于变质心控制导弹的空间六自由度的动力学方程 ,并建立了一套完整的仿真系统 ,针对导弹在垂直平面内运动情况进行仿真 。 展开更多
关键词 导弹弹头 变质心机动控制 运动分析
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飞行器变质心控制及性能分析 被引量:8
7
作者 李瑞康 高长生 +1 位作者 荆武兴 钱霙婧 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2165-2171,共7页
在合理简化基础上,推导了滑块运动与飞行器姿态角运动之间的关系,分析了配平攻角产生机理及条件;同时还深入分析了轴向位置、横向偏移量、质量比等滑块结构参数对配平攻角的影响;以及不同配平条件下弹道落点偏差情况。结果表明,气动阻... 在合理简化基础上,推导了滑块运动与飞行器姿态角运动之间的关系,分析了配平攻角产生机理及条件;同时还深入分析了轴向位置、横向偏移量、质量比等滑块结构参数对配平攻角的影响;以及不同配平条件下弹道落点偏差情况。结果表明,气动阻力与系统质心偏移弹体纵轴是产生配平攻角两个必要因素,系统静稳定是产生配平攻角的前提条件;轴向位置决定了系统静稳定裕度,与配平攻角呈反比关系;横向偏移量改变控制力矩的力臂,与配平攻角呈正比关系;质量比对力臂和系统静稳定裕度均有影响,与配平攻角呈线性或非线性正比关系;变质心控制能力主要体现在低空段。 展开更多
关键词 变质心控制 空间飞行器 控制性能 配平攻角
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变质心控制导弹H_∞综合LPV鲁棒自动驾驶仪的设计 被引量:12
8
作者 何矞 周凤岐 周军 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期360-364,共5页
线性系统就系统描述的参数变化情况可划分为 LTI、LTV和 LPV 3种类型 ,变质心控制导弹的线性化模型是在特定的简化条件下得到的 ,是一种典型的存在模型不确定性的 LPV系统 ,且导弹工作在较宽的飞行条件下 ,其参数变化范围很大 ;为了使... 线性系统就系统描述的参数变化情况可划分为 LTI、LTV和 LPV 3种类型 ,变质心控制导弹的线性化模型是在特定的简化条件下得到的 ,是一种典型的存在模型不确定性的 LPV系统 ,且导弹工作在较宽的飞行条件下 ,其参数变化范围很大 ;为了使设计的自动驾驶仪具有足够的稳定裕度和能够适应较大参数变化范围的能力 ,文中利用凸多面体理论 ,基于自调整 LPV综合 H∞ 鲁棒控制器的设计方法 ,针对变质心控制导弹的自动驾驶仪 ,在系统满足控制器的存在性定理的条件下 ,给出了设计方法 ,这种设计方法简单、在线计算量小 ,通过仿真结果验证了变质心矩自动驾驶仪能够完全满足鲁棒性和全域操作的设计要求。 展开更多
关键词 变质心控制 线性变参数 鲁棒控制器 凸多面体
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变质心旋转弹头变结构控制研究 被引量:11
9
作者 毕开波 周军 周凤歧 《航天控制》 CSCD 北大核心 2006年第3期17-20,共4页
针对弹头变质心这种新的控制方式,建立了变质心旋转弹头准弹体下的动力学模型,由于模型是复杂非线性的,通过按线性化族近似化理论对模型进行了合理简化,并用变结构控制理论对系统的姿态控制进行了设计,仿真结果表明,所设计的变质心弹头... 针对弹头变质心这种新的控制方式,建立了变质心旋转弹头准弹体下的动力学模型,由于模型是复杂非线性的,通过按线性化族近似化理论对模型进行了合理简化,并用变结构控制理论对系统的姿态控制进行了设计,仿真结果表明,所设计的变质心弹头变结构姿态控制具有很好的快速性、稳定性,而且相对减小了抖震现象,证明这种方法是有效的。 展开更多
关键词 变质心 线性化族 旋转弹头 变结构控制
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变质心控制导弹的稳定性分析与鲁棒控制 被引量:9
10
作者 易彦 周凤岐 余松煜 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期570-573,共4页
利用根轨迹法对变质心控制旋转导弹的稳定性进行分析 ,给出了变质心控制导弹稳定的充分必要条件 .针对弹体参数大范围剧烈变化的特点 ,根据 H∞ 控制理论 ,设计了 H∞ 状态反馈鲁棒控制器 .大大减小了弹体自身参数变化对制导系统性能的... 利用根轨迹法对变质心控制旋转导弹的稳定性进行分析 ,给出了变质心控制导弹稳定的充分必要条件 .针对弹体参数大范围剧烈变化的特点 ,根据 H∞ 控制理论 ,设计了 H∞ 状态反馈鲁棒控制器 .大大减小了弹体自身参数变化对制导系统性能的不良影响 。 展开更多
关键词 变质心控制 旋转导弹 稳定性分析 H∞控制器
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基于变质心控制的再入飞行器机动能力分析 被引量:8
11
作者 林鹏 周军 周凤岐 《航天控制》 CSCD 北大核心 2009年第1期7-9,40,共4页
变质心控制作为一种新颖的控制方式,可克服传统再入飞行器气动舵等控制方案存在的舵面烧灼等弊端,它通过主动移动飞行器内部若干个质量块,可以有效调整飞行器的姿态并实现飞行器的姿态和机动控制。本文在推导变质心再入飞行器动力学方... 变质心控制作为一种新颖的控制方式,可克服传统再入飞行器气动舵等控制方案存在的舵面烧灼等弊端,它通过主动移动飞行器内部若干个质量块,可以有效调整飞行器的姿态并实现飞行器的姿态和机动控制。本文在推导变质心再入飞行器动力学方程的基础上,对该动力学方程进行了必要的简化,从而得到了变质心再入飞行器纵平面内的动力学和运动学方程,并计算得到质量块不同行程下飞行器可产生的法向过载大小。本文的研究对于变质心再入飞行器控制系统的设计提供了必要的理论参考依据。 展开更多
关键词 再入飞行器 变质心 机动能力 过载
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再入飞行器变质心/RCS复合控制策略研究 被引量:7
12
作者 王霄婷 周军 林鹏 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期212-216,共5页
再入飞行器采用变质心控制不但可以保持较好的气动外形,还可以降低能量消耗增大载荷能力,但该控制对气动力依赖较强,在气动力不足时需要借助其它控制系统来实现精确控制要求。文章研究了全空域飞行情况下变质心/RCS复合控制策略。通过... 再入飞行器采用变质心控制不但可以保持较好的气动外形,还可以降低能量消耗增大载荷能力,但该控制对气动力依赖较强,在气动力不足时需要借助其它控制系统来实现精确控制要求。文章研究了全空域飞行情况下变质心/RCS复合控制策略。通过对控制受限情况下变质心控制系统力矩配平和闭环响应快速性能的分析,将变质心控制的可行性转化为重压心距不等式组解的存在性,并基于此工程估算方法给出从变质心控制切换为RCS控制的复合控制策略。最后,通过对某再入飞行器一条典型机动弹道的仿真实验,验证了复合控制策略的有效性。 展开更多
关键词 变质心控制 RCS控制 复合控制策略 再入飞行器
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高速飞行器变质心控制技术综述 被引量:4
13
作者 周敏 周凤岐 +1 位作者 周军 郭建国 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期271-281,共11页
基于变质心附加惯量消旋、质量矩姿控、操稳性能调控三种控制模式对变质心控制的基本原理进行了阐述。详细分析了变质心高速飞行器所面临的动力学建模、制导控制、执行机构设计研制和系统仿真评估四方面的关键控制问题。最后,对变质心... 基于变质心附加惯量消旋、质量矩姿控、操稳性能调控三种控制模式对变质心控制的基本原理进行了阐述。详细分析了变质心高速飞行器所面临的动力学建模、制导控制、执行机构设计研制和系统仿真评估四方面的关键控制问题。最后,对变质心高速飞行器发展趋势和未来主要研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 变质心控制 高速飞行器 多体动力学 复合控制
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提高变质心飞行器可操纵性的方法研究 被引量:4
14
作者 高长生 荆武兴 李瑞康 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1773-1777,共5页
针对滑块运动容易引起系统抖动,以及惯性主轴偏移引起系统耦合严重等问题,基于达朗伯原理对变质心飞行器结构布局进行了设计。其特点是:以主动控制力、约束反力这两种内力替换滑块受到的惯性力,代入弹体、滑块动力学模型中,并依靠内力... 针对滑块运动容易引起系统抖动,以及惯性主轴偏移引起系统耦合严重等问题,基于达朗伯原理对变质心飞行器结构布局进行了设计。其特点是:以主动控制力、约束反力这两种内力替换滑块受到的惯性力,代入弹体、滑块动力学模型中,并依靠内力、过载等物理量设计系统布局参数。布局设计后特点是两滑块运动通道分别重合于弹体惯性主轴方向,通过与典型布局模型相比较,显示了所提出的布局结构可保证系统具有良好的动态品质。 展开更多
关键词 飞行器 变质心 动态品质 总体设计 达朗伯原理
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变质心再入飞行器的灰色预测PID控制 被引量:4
15
作者 王霄婷 周军 林鹏 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期485-490,共6页
再入飞行器采用变质心控制不但可以保持较好的气动外形,还可以增大机动能力,但变质心控制较强的非线性和控制耦合特性使控制器设计成本和使用性能之间的协调非常困难。文章提出了一种基于灰色GM(1,1)预测模型的变质心PID离散控制器,首... 再入飞行器采用变质心控制不但可以保持较好的气动外形,还可以增大机动能力,但变质心控制较强的非线性和控制耦合特性使控制器设计成本和使用性能之间的协调非常困难。文章提出了一种基于灰色GM(1,1)预测模型的变质心PID离散控制器,首先依据变质心控制机理提出增加配平位置补偿的PID控制结构,然后采用GM(1,1)模型对配平位置和姿态控制偏差进行在线快速建模预测,最后将预测值应用于改进的PID控制算法以获得控制指令。仿真结果证明该变质心灰色预测PID控制相对常规PID控制具有更好的动态特性和非线性系统自适应能力,且仍具有较低的设计成本和较强的工程实用性。 展开更多
关键词 变质心控制 灰色预测 PID控制 再入飞行器
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变质心再入飞行器螺旋机动指令设计及分析 被引量:3
16
作者 林鹏 周军 周凤岐 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期477-480,共4页
文章以三通道稳定的再入飞行器为具体研究对象,在建立起二维变质心动力学方程的基础上,通过分析飞行器螺旋运动的特点,确定了该运动模式下质量块的运动方式,将质量块的位移变化规律作为控制指令输入到变质心再入飞行器的动力学方程中,... 文章以三通道稳定的再入飞行器为具体研究对象,在建立起二维变质心动力学方程的基础上,通过分析飞行器螺旋运动的特点,确定了该运动模式下质量块的运动方式,将质量块的位移变化规律作为控制指令输入到变质心再入飞行器的动力学方程中,最终可以仿真出变质心飞行器机动飞行的范围与控制指令间的关系,并最终得到了质量块移动频率和行程与弹道螺旋半径关系的研究结论。 展开更多
关键词 再入飞行器 变质心 螺旋弹道 机动指令
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变质心再入飞行器的质心移动方式研究 被引量:3
17
作者 林鹏 周军 周凤岐 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2009年第2期40-42,共3页
变质心控制是一种利用质量块的主动移动来改变飞行器质量特性的控制方式,该控制方式对于克服各种高速飞行器执行机构的气动烧蚀问题有着重要的意义。通过建立变质心再入飞行器的线性化方程,研究了质量块在飞行器内部不同方向上移动与可... 变质心控制是一种利用质量块的主动移动来改变飞行器质量特性的控制方式,该控制方式对于克服各种高速飞行器执行机构的气动烧蚀问题有着重要的意义。通过建立变质心再入飞行器的线性化方程,研究了质量块在飞行器内部不同方向上移动与可建立配平攻角之间的关系,并通过仿真计算可知再入飞行器再入的不同阶段质量块沿不同方向移动时的控制效率是有所差别的。研究结论对于提高变质心再入飞行器的控制效率有着重要的意义。 展开更多
关键词 再入飞行器 变质心 传递函数 控制效率
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变质心飞行器姿态与弹道性能分析 被引量:2
18
作者 李瑞康 荆武兴 +1 位作者 高长生 杜华军 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期1498-1503,共6页
对变质心飞行器的姿态和弹道性能进行了分析。根据变质心控制原理得到飞行过程中总配平攻角表达式,从该表达式中获得影响姿态的滑块参数,并分析了这些参数对总配平攻角的影响;从气动力矩的角度分析滑块参数对滚动角的影响;根据配平状态... 对变质心飞行器的姿态和弹道性能进行了分析。根据变质心控制原理得到飞行过程中总配平攻角表达式,从该表达式中获得影响姿态的滑块参数,并分析了这些参数对总配平攻角的影响;从气动力矩的角度分析滑块参数对滚动角的影响;根据配平状态下所受到的横向过载,分析了滑块参数对弹道机动能力的影响。分析结果表明,滑块质量比对姿态和弹道的影响最大,质量比增大20%攻角和弹道落点偏差分别增加38%和36%;其次是横向偏移量;最后是轴向安放位置。 展开更多
关键词 变质心控制 飞行器 姿态性能 落点偏差
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变质心执行机构对弹头命中精度的影响分析 被引量:2
19
作者 周凤岐 林鹏 周军 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2007年第8期24-27,共4页
弹头变质心机动控制是通过移动弹头的质心位置,利用气动配平力矩改变弹头的飞行姿态和攻角,从而可实现弹头机动控制。在给出变质心弹头的动力学方程的基础上,通过对该动力学方程进行简化和线性化,推导出变质心弹头关于攻角和侧滑角的传... 弹头变质心机动控制是通过移动弹头的质心位置,利用气动配平力矩改变弹头的飞行姿态和攻角,从而可实现弹头机动控制。在给出变质心弹头的动力学方程的基础上,通过对该动力学方程进行简化和线性化,推导出变质心弹头关于攻角和侧滑角的传递函数,在加入舵机伺服系统后,分析变质心伺服系统的性能对弹头跟踪精度和弹道命中精度的影响,最终确定变质心执行机构的动态性能参数并为今后变质心执行机构的设计提供必要的参考。 展开更多
关键词 弹头 变质心 伺服系统 弹道 命中精度
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基于变质心/RCS复合方式的再入飞行器控制系统设计方法研究 被引量:3
20
作者 王霄婷 周军 林鹏 《航天控制》 CSCD 北大核心 2011年第4期37-42,48,共7页
再入飞行器采用变质心控制不但可以保持较好的气动外形,还可以降低能量消耗以增大载荷能力,但该控制对气动力的依赖较大,在气动力不足时需要与其他控制方式复合以实现系统响应指标。本文提出一种基于变质心控制性能分析的全空域高动态... 再入飞行器采用变质心控制不但可以保持较好的气动外形,还可以降低能量消耗以增大载荷能力,但该控制对气动力的依赖较大,在气动力不足时需要与其他控制方式复合以实现系统响应指标。本文提出一种基于变质心控制性能分析的全空域高动态特性再入飞行变质心/RCS复合控制模式,以动压和攻角偏差为逻辑判断变量,并设计了虚拟控制器与力矩分配控制器结合的变质心/RCS复合控制器。通过对某再入飞行器典型再入机动轨道的全弹道仿真和不同控制模式下定点姿态仿真,证明了该复合控制模式的有效性和优越性。 展开更多
关键词 再入飞行器 复合控制 虚拟控制器 变质心控制
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