检索结果-内蒙古大学图书馆

自动化仪表 2015年第9期36卷 26-29页

作者：郭民环王宇朱欣华南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对小型无人机建模困难的问题,采用频域响应系统辨识方法建立了数学模型。首先,在Simulink中建立某已知的非线性模型为仿真对象,设计一组扫频信号作为控制量,并对模型理论输出值进行采样,利用FFT结合分窗法进行频域分析,获得系统频域... 详细信息

针对小型无人机建模困难的问题,采用频域响应系统辨识方法建立了数学模型。首先,在Simulink中建立某已知的非线性模型为仿真对象,设计一组扫频信号作为控制量,并对模型理论输出值进行采样,利用FFT结合分窗法进行频域分析,获得系统频域响应及相干谱。然后,利用遗传算法进行模型参数估计,建立传递函数模型。最后,对建立的传递函数模型进行时域验证。验证结果表明,该方法效果显著。

关键词：无人机功率谱频率响应系统辨识 FFT Simulink

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基于高精度辨识的两轴快速反射镜系统控制技术研究

基于高精度辨识的两轴快速反射镜系统控制技术研究

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作者：王瑞中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)

学位级别：博士

快速反射镜工作在光源或光束接收端与作用目标之间,用于调整和稳定光学系统中的光学视轴。传统两轴跟踪架由于转动惯量大、存在轴系间隙及摩擦扰动等因素,响应带宽仅有十几赫兹、定位精度低,无法克服方位和俯仰方向上高频扰动引起的光... 详细信息

快速反射镜工作在光源或光束接收端与作用目标之间,用于调整和稳定光学系统中的光学视轴。传统两轴跟踪架由于转动惯量大、存在轴系间隙及摩擦扰动等因素,响应带宽仅有十几赫兹、定位精度低,无法克服方位和俯仰方向上高频扰动引起的光束精密指向失准问题。两轴快速反射镜具有体积小、结构紧凑、亚毫秒级的响应速度和亚微弧度级的定位精度等优点,作为精跟踪子系统嵌入在传统两轴跟踪架中用来补偿粗跟踪系统中方位和俯仰方向上的光束高频抖动。从控制技术角度而言,不断地深入探究和优化两轴快速反射镜系统的控制技术对于提升系统性能指标具有重要的意义。鉴于两轴快速反射镜系统结构设计在X(Y)轴方向上一阶机械谐振频率低于期望的闭环带宽。同时两轴快速反射镜系统设计、加工和装配等因素不可避免会造成了X轴和Y轴之间耦合现象,降低了系统的定位误差。为了提高两轴快速反射镜系统的快速响应能力和定位精度,基于高精度系统模型辨识为设计快速反射镜系统单轴鲁棒性控制器和两轴解耦控制器提供了精确的传递函数模型。本文研究了基于高精度辨识的两轴快速反射镜系统控制技术,取得了以下成果:(1)现有物理建模方法只能获得快速反射镜系统的低频段频谱特性而忽略了中频和高频段频谱特性,针对该问题本文提出一种分段渐进迭代Levy下山辨识算法。本文理论分析了Levy辨识算法、Vinagr辨识算法和Sanko辨识算法原理及其优缺点,针对这三种辨识算法存在的不足,建立了分段渐进迭代Levy下山辨识算法的辨识模型,该模型的低频段等效为一个二阶振荡环节和一阶惯性环节,或者两个一阶惯性环节或者三个一阶惯性环节组成,中频和高频段等效为若干个谐振环节组成。将该模型分段为低频、中频和高频段上若干个子系统,依次采用迭代Levy下山辨识算法渐进辨识出低频、中频和高频段上的每个子系统传递函数。将辨识出的低频、中频和高频段上的子系统进行重构,组合成一个精准可靠的高阶系统模型。将本文提出的方法与Levy辨识算法、Vinagr辨识算法和Sanko辨识算法进行实验对比,实验结果显示,本文提出辨识算法对快速反射镜系统开闭环频率响应曲线的辨识精度最高。(2)两轴快速反射镜系统中通常X(Y)轴方向上存在一阶机械谐振频率低于期望闭环带宽、系统的测量噪声、中高频段谐振环节和外界扰动等因素,导致系统的带宽和鲁棒性指标很难提升,针对该问题提出了一种零相位跟踪串联积分增广自适应Kalman滤波状态反馈控制方法。采用自适应Kalman滤波对快速反射镜系统进行状态最优估计,构造出了被控系统的全部状态,根据分离原理,采用状态反馈的设计方法确定状态最优估计的反馈参数。由于快速反射镜系统中缺少积分环节导致自适应Kalman滤波状态反馈控制存在稳态误差,因此引入积分环节构成积分增广自适应Kalman滤波状态反馈控制有效消除了系统的稳态误差。为了降低积分环节对系统的快速性的影响,进一步引入零相位跟踪构成零相位跟踪串联积分增广自适应Kalman滤波状态反馈控制以提升系统快速响应能力。将本文提出的零相位跟踪串联积分增广自适应Kalman滤波状态反馈控制与PID、不完全微分PID、PID+DOB和PID+ARC四种控制方法进行实验对比,实验结果表明本文提出的控制方法阶跃响应上升时间最小、闭环带宽最高、跟踪正弦信号的误差最小、抗外部随机扰动能力最强。(3)由于柔性支撑自身缺陷、致动器和传感器安装误差等因素导致两轴快速反射镜是一个两输入两输出的耦合系统,两轴之间的耦合导致反射镜存在定位误差。针对两轴快速反射镜系统中X轴和Y轴间的耦合问题,提出一种静态双前馈补偿与动态双神经网络自适应复合解耦控制算法。本文分析了由直流耦合分量和非直流耦合分量组成的X轴和Y轴间的耦合来源,建立了两轴快速反镜系统的耦合物理模型,采用静态前馈补偿解耦控制算法抵消系统的直流耦合分量,采用动态神经网络自适应解耦控制算法抵消系统的非直流耦合分量。通过与PID解耦控制算法、动态双神经网络自适解耦控制算法和静态双前馈补偿解耦控制算法进行解耦对比实验,实验结果表明本文提出的静态双前馈补偿与动态双神经网络自适应复合解耦控制算法的耦合度和定位误差都最小。

关键词：快速反射镜频率响应系统辨识自适应Kalman滤波解耦控制

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基于频域的固定翼无人机系统辨识技术

基于频域的固定翼无人机系统辨识技术

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中国仪器仪表学会第十六届青年学术会议

作者：郭民环王宇朱欣华南京理工大学MEMS惯性技术研究中心南京210094

在设计无人机控制律时往往需要先确定控制对象的数学模型，具有常规气动布局的固定翼无人机数学模型一般可以用4个输入控制量和12个状态量的状态空间方程来表示。虽然控制对象的模型结构是确定的，但是其中很多与空气动力学相关的量(量... 详细信息

在设计无人机控制律时往往需要先确定控制对象的数学模型，具有常规气动布局的固定翼无人机数学模型一般可以用4个输入控制量和12个状态量的状态空间方程来表示。虽然控制对象的模型结构是确定的，但是其中很多与空气动力学相关的量(量纲导数)还需要进行实验确定，常用的方法包括风洞实验、计算流体力学(CFD)和系统辨识。针对小型无人机易拆易装、低成本、气动布局多样的特点，前两者方法成本高、计算复杂且周期较长，而相比之下系统辨识方法简单易行，特别适合小型无人机。这些方法在有人飞机上得到了广泛的应用，近年来，随着小型无人机硬件性能的提升，很多复杂自适应算法的应用不断提升小型无人机的控制精度，降低控制误差和装调的复杂度。

关键词：无人机功率谱频率响应系统辨识 FFT

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