强干扰下高空飞艇有效载荷平台扰动分析及自适应控制研究

发布时间：2021-02-17 05:02

　　临近空间飞艇是大惯性系统,大惯性系统要实现精确控制是个难题,这也是飞艇控制区别于其他飞行器的显著特点。相对凸显困难程度,主要又是因为两个根本点,一是外界环境扰动太强;另外就是载荷对控制的要求很高该特点和难点必将增加系统动力学建模、分析与控制各方面的研究难度,给动力学与控制学科带来一系列需要解决的科学问题。本文针对随机风场、大气湍流等外界环境的低频干扰,依据大气模型及观测数据,结合飞艇的动力学方程,研究艇身受干扰作用下的姿态及位置变化规律,对扰动的统计特性、频谱特性进行分析。艇身扰动频带宽,可采用被动隔离方法实现中高频振动隔离,同时采用主动补偿方法实现低频运动补偿。论文的主要研究内容如下:针对风速序列的在线预测,风速序列随时间、空间呈现非线性、非平稳性变化的特征,提出一种基于优化极限学习机的自适应模型的风速预测方法。首先利用对训练样本的相空间重构确定增量型极限学习机的输入维数。其次,通过增量型极限学习机的方法来确定神经元个数,优化结构参数,获得良好的泛化性能。最后根据优化的结构参数和增量型极限学习机对样本参数进行训练得出风速预测的模型,通过不断的样本更新完成长期滚动的预测。实验结果表明,... 

【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 课题研究意义
    1.3 国内外研究的现状
        1.3.1 风速预测研究的现状
        1.3.2 艇身扰动特性研究现状
        1.3.3 高性能载荷扰动隔离研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 基于机器学习算法的在线风速滚动预测研究
    2.1 概论
    2.2 相空间重构理论
        2.2.1 相空间重构的理论
        2.2.2 相空间重构参数选择
        2.2.3 数据重构分析
    2.3 ELM算法的基本原理
    2.4 I-ELM算法的基本原理
    2.5 风速在线滚动预测模型
    2.6 仿真分析
        2.6.1 样本数据
        2.6.2 评判指标
        2.6.3 仿真预测结果
        2.6.4 结果分析
    2.7 本章小结
第三章 强干扰下高空飞艇的扰动特性分析
    3.1 概论
    3.2 飞艇艇身低频扰动
        3.2.1 大气紊流分析
        3.2.2 风场干扰飞艇数学模型
    3.3 飞艇艇身中高频扰动
        3.3.1 高精度载荷平台位移的产生
        3.3.2 飞艇振动产生的位移模型
    3.4 仿真分析
    3.5 本章小结
第四章 高性能载荷平台扰动隔离控制研究
    4.1 概论
    4.2 隔振技术
        4.2.1 被动减振原理
        4.2.2 主动减振原理
    4.3 有效载荷平台控制系统设计
        4.3.1 有效载荷平台控制系统
        4.3.2 控制系统主要元件数学模型
        4.3.3 未校正的有效载荷平台控制系统
        4.3.4 有效载荷平台的系统校正
    4.4 基于模糊自适应PID主动补偿控制设计
        4.4.1 经典PID控制器原理
        4.4.2 模糊控制原理
        4.4.3 模糊PID控制器设计
    4.5 仿真分析
        4.5.1 被动减振仿真分析
        4.5.2 校正前有效载荷平台控制系统仿真分析
        4.5.3 校正后有效载荷平台控制系统仿真分析
        4.5.4 模糊PID控制器仿真分析
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
作者攻读硕士学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]大气紊流下飞艇动力学建模与姿态控制[J]. 王鹤,李智斌.  空间控制技术与应用. 2017(02)
[2]基于HP-EMD和ARMA的短期风速预测[J]. 喻敏,常毓婵,袁浩,赵颖,周文梦.  中国科技论文. 2016(05)
[3]短期风速时间序列混沌特性分析及预测[J]. 田中大,李树江,王艳红,高宪文.  物理学报. 2015(03)
[4]飞船振动引起的空间相机像移模型分析[J]. 刘海秋,闫得杰,王栋,徐抒岩.  光学学报. 2014(06)
[5]基于相空间重构的神经网络短期风速预测[J]. 廖志强,李太福,余德均,程杨,姚立忠.  江南大学学报(自然科学版). 2012(01)
[6]飞艇扰动特性的分析方法研究[J]. 乔振宇,杨天祥.  测控技术. 2011(11)
[7]平流层飞艇预警探测技术进展及应用展望[J]. 胡文琳,丛力田.  现代雷达. 2011(01)
[8]平流层飞艇技术发展及其应用前景展望[J]. 王彦广,姚伟,李勇.  卫星与网络. 2010(04)
[9]风电场输出功率年度预测中有效风速预测研究[J]. 王晓兰,李辉.  中国电机工程学报. 2010(08)
[10]平流层飞艇定点驻留控制分析与仿真[J]. 刘刚,张玉军.  兵工自动化. 2008(12)

博士论文
[1]平流层自治飞艇：模型、动力学和控制[D]. 刘屿.华南理工大学 2009
[2]机载光电平台的稳定与跟踪伺服控制技术研究[D]. 王连明.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002

硕士论文
[1]舰载稳定平台伺服系统设计与研究[D]. 任天辉.厦门大学 2014
[2]舰载稳定平台控制系统设计与研究[D]. 张洪亮.南京航空航天大学 2010
[3]基于模糊PID控制的船载稳定平台[D]. 刘加富.大连海事大学 2009
[4]陀螺稳定跟踪平台研究[D]. 葛敬嘉.哈尔滨工业大学 2008
[5]车载三轴稳定平台控制系统的研制[D]. 吴树平.南京理工大学 2007
[6]三轴仿真转台设计及动力学研究[D]. 李强.哈尔滨工程大学 2007



本文编号：3037474