1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春130033
在某型面阵分幅步进成像的航空光电载荷中，俯角分幅步进控制系统存在位置给定突变以及电机启停导致机身整体微晃动的问题，使系统调整时间延长超过时序控制并影响成像效果。提出了串级动态复合限幅控制方法，在带有Anti-Windup的主副回路串级控制基础上，根据“一周拍照开始信号”和“位置/速度控制信号”动态规划电压限幅和速度限幅的幅值，实现对步进给定突变的自适应以及根据需要减小机身整体微晃动影响，最终满足载荷时序控制要求。控制实验测试及动态成像实验表明：在该航空光电载荷俯角分幅步进控制系统采用串级动态复合限幅控制后，实现了拍照段步进位置和返程段回位控制的快速性和稳态性能，拍照段位置步进控制的稳态调整时间缩短了26.56%，返程段位置回位控制的稳态调整时间缩短了18.47%。该方法满足载荷时序控制要求，提高了动态成像的横向像移补偿效果。
航空光电载荷 航空相机 限幅 抗饱和 串级控制 airborne optical electronic load aerial camera amplitude limitation anti-windup cascade control 光学 精密工程
2023, 31(13): 1922
1 天津理工大学电气工程与自动化学院, 天津 300000
2 天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室, 天津 300000
3 天津中德应用技术大学智能制造学院, 天津 300000
提出一种基于串级线性自抗扰(ADRC)的四旋翼无人机姿态控制器设计方法, 并采用比例-积分-速度(PIV)控制设计位置控制器, 实现四旋翼无人机的轨迹跟踪控制。对于姿态控制系统, 通过对俯仰、滚转和偏航3个通道设计线性扩张状态观测器(LESO), 对系统内部不确定性与外部扰动进行实时观测与补偿。对于位置控制系统, 采用PIV控制算法设计控制器, 完成平移变量的稳定跟踪控制。对所涉及的串级自抗扰姿态控制器的稳定性进行了分析说明。最后, 在Quanser飞行控制实验平台中进行轨迹跟踪实验, 验证了所提方法的有效性。
四旋翼无人机 线性自抗扰控制 线性扩张状态观测器 串级控制 轨迹跟踪 quadrotor UAV LADRC linear extended state observer cascade control trajectory tracking
针对多旋翼飞行器的精准定点及稳定悬停控制问题, 采用串级PID控制算法设计位姿控制器对多旋翼的位置和姿态进行控制。对多旋翼进行运动学及动力学分析, 建立数学模型, 并对所建模型进行分析再建立控制分配模型。为了简化控制器设计,将控制器分为位姿控制器和控制分配器两部分进行设计, 改变控制分配器可以实现对不同旋翼的飞行控制, 具有更广的适用性。仿真结果表明,多旋翼无人机具有较快的响应速度, 垂直起飞和平飞两个阶段衔接紧密, 能够准确到达给定目标位置并进行稳定悬停。
串级PID控制 控制分配 定点悬停 多旋翼飞行器 cascade PID control control allocation fixed-point hovering multi-rotor aircraft
强激光与粒子束
2021, 33(3): 035001
南京工业大学电器工程与控制科学学院, 南京 211816
提出四旋翼利用机载摄像头进行自主循迹的方案。采用机器视觉模块OpenMV获取地面图像, 将图像分割成5个区域, 通过计算和分析每个区域的标志位来识别各种赛道元素, 得出无人机相对于路径的水平偏差以及与路径的夹角。利用线性自抗扰控制器(LADRC)设计位置外环, 速度内环采用PID控制器, 两者形成位置—速度串级控制, 去消除水平误差。采取bang-bang控制算法进行飞行器航向纠正。以跟踪“8”字形轨迹进行了实验, 结果表明, 该方案具有良好的路径识别效果, 能够使四旋翼准确稳定地跟踪地面黑色引导线飞行。
四旋翼 循迹 机器视觉 线性自抗扰控制 串级 路径识别 quad-rotor UAV tracking machine vision LADRC cascade path recognition
西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
介绍了利用串级二极管产生大面积脉冲硬X射线的基本原理,建立了串级二极管的等效电路模型,分析了二极管串联工作过程,通过模拟计算给出了串级二极管工作过程的影响因素。串级二极管分压过程分为电容分压、阻抗和容抗分压、真空击穿后动态平衡及阻抗分压四个阶段,二极管电容和真空击穿电压是影响二极管串联初始阶段分压的主要因素,二极管的阻抗变化过程和二极管间隙的击穿时间差决定二极管分压的一致性。
串级二极管 脉冲硬X射线 强流电子束 电路分析 series diode pulsed hard X-ray high current electron beam circuit analysis 强激光与粒子束
2016, 28(1): 015025
西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
利用二极管的电压电流波形计算了电子束参数，建立了串级二极管和四路并联二极管阳极靶蒙特卡罗粒子输运计算模型，给出了两种情况下轫致辐射X射线场参数。结果表明：阳极靶厚度增加时，轫致辐射X射线平均能量增大，而能量转换效率先增大，后减小；距离串级二极管和四路并联二极管阳极靶5 cm位置处，X射线注量分别为76.50，3.74 mJ/cm2；光子平均能量分别为81.13，60.77 keV；半径为12 cm的圆面上，串级二极管X射线剂量呈马鞍形分布，均匀性为1.70∶1；边长为52 cm的正方形平面上，四路并联二极管X射线剂量均匀性小于6.30∶1；电子束轫致辐射转换效率分别为0.29％，0.32％。
串级二极管 并联二极管 X射线源 蒙特卡罗方法 series diode parallel diode X-ray source Monte Carlo method 强激光与粒子束
2014, 26(3): 035005
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130022
2 空军航空大学, 吉林 长春 130021
为满足高分辨率光刻机控制大时间热响应常数投影物镜温度时响应速度和超高精度的要求, 设计了前馈——串级水冷投影物镜温控系统。该系统以物镜为主控对象、冷却循环水为副控对象。针对物镜的慢动态温度变化特征, 采用模型预测控制作为外环主控制算法; 针对冷却水远传回路的纯时滞特性, 采用带Smith预估器的PID控制作为内环副控制算法; 为解决光刻机在不同工况下激光光路对物镜温度的严重扰动, 引入前馈补偿控制激光热扰动。最后, 在不同控制结构和热干扰条件下, 进行了模拟物镜温度控制实验。结果显示,物镜温度稳态误差曲线在±0.01 ℃内波动。实验证明该系统极大地提高了物镜的温度收敛速度,具有较强的抗干扰能力, 能满足物镜的超高精度温度控制要求。
投影物镜 温度控制 串级控制 大时滞 模型预测 前馈补偿 projection lens temperature control cascade control long time delay model prediction feedforward compensation
四川理工学院自动化与电子信息学院, 四川 自贡643000
建立了超音速巡航导弹飞行高度的串级控制系统模型；利用最优参数整定法设计了副回路反馈补偿PD调节器；运用Matlab/Sisotool设计了主回路控制器。仿真结果表明,串级控制能较大程度地提高超音速巡航导弹飞行高度的控制性能。
巡航导弹 串级控制 仿真 cruise missiles cascade control simulation
