非线性大系统在有限域中的鲁棒稳定性

本文研究了含有不确定参数的非线性大系统的稳定性,参数向量受到限制,这种稳定性称为鲁棒(粗壮)稳定性。在状态空间的含原点的有限域中,利用李亚普诺夫函数进行集结线性化,可将大系统化为线性系统,由于集结线性化中出现的任意性,得到的线性系绕不是唯一的。文中阐明了利用图论方法建立起的大系统的多层结构,可以简化稳定性判据,帮助选择局部反馈,以实现大系统的镇定。大系统理论虽然尚在发展初期,但已在很多领域中得到应用,包括航天技术。     

关于大系统的结构、稳定性与镇定问题

本文首先研究了大规模系统的结构,指出可将大系统分解成多层结构,每一层均是“最小强相联”子系统组成的,只有最高层是“简相联”子系统组成的。然后引入子系统本身的“稳定性强度”和子系统间的“联接性强度”的概念,多层结构使得大系统的稳定性条件有相同的类型,形式简单而且有明显的物理概念。最后讨论了用局部反馈对大系统进行镇定的问题,多层结构及稳定性强度与联接性强度概念,使镇定方案简明,且便于讨论引用最少数目的反馈问题。     

叶片错频防颤的优化设计

本文提出一适于找寻使叶片转子系统稳定性最好的叶片频率分布的优化过程。采用了双自由度叶片模型,计入了非定常气动力,列出叶栅运动的气动弹性方程,选择衡量系统稳定性的指标量作为目标函数,利用数值优化方法得出了满足一定叶片频率变化量要求的最优频率分布方案。     

大系统方法与卫星姿态动力学

本文是在Четаев理论和大系统理论的基础上[1,3],提出了一种解决非线性非定常力学系统稳定性的方法:“大系统加权V函数方法”。并应用该方法研究了自旋卫星(包括陀螺体卫星),挠性卫星以及空腔充液卫星的姿态稳定性问题[2]。可以看到,这个方法,对于分析约束阻尼系统,陀螺系统以及复杂的卫星系统等相当广泛的一类运动稳定性问题,是简明有效的。      

导弹滚转通道气动伺服弹性稳定性分析

弹性飞行器可能由于结构、气动及控制的不利耦合引发气动伺服弹性失稳,为此分析了带有差动舵面及控制系统的细长体导弹滚转通道气动伺服弹性稳定性.导弹的广义非定常气动力采用气动导数方法计算,动力学方程考虑了弹体的刚体滚转运动和一阶弹性扭转振动.由导弹动力学方程求解得到滚转通道的开环传递函数,并应用Nyquist方法进行闭环系统稳定性分析.算例表明,若控制系统设计不当,系统有可能在弹性振动频率处发生气动伺服弹性失稳.      

利用双目标优化寻求颤振抑制控制律

本文对一个三角机翼/外挂系统的颤振主动抑制进行了系统的研究。在理论上,对如何应用现代控制理论设计优化控制律进行了探讨;对非定常气动力拟合的Pade矩阵近似作了改进;提出了用理想极点和二次型性能指标进行双目标优化来确定加权矩阵的思想;在实现上,用状态观测器和单秩法极点配置两种方法设计了输出反馈控制律。风洞实验结果表明:用本文的方法所综合的控制律是合适有效的,成功地使机翼/外挂系统的颤振速度提高了15.7％,与理论计算结果吻合良好。     

非定常三维脉动效应对振荡叶栅气动弹性稳定性的影响

有效地防止叶片振动发散,乃是涉及到能源与国防工业中多种叶轮机械结构完整性的重要问题。本文研究振动叶片周围的非定常流场对振动的影响。为此,而由三维非定常位势方程出发,通过一系列进一步简化,分析了非定常三维脉动对振荡平面叶栅非定常流动的影响。文中给出的数值举例表明,这将导致叶栅气动弹性稳定性边界的重大改变。若据文中所作分析采取防振措施,估计有可能获得相当大的工程效益。     

基于连续小波变换的飞行器结构模态参数辨识

给出了一种基于连续小波变换的多输入多输出MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)飞行器结构模态参数的辨识方法.对结构离散运动方程进行连续小波变换建立了小波域内的系统AR(Auto Regression)模型,AR模型的系数矩阵决定着系统的动力学特性,可以通过最小二乘法求得.模态参数可以通过求解由AR系数矩阵构成的特征矩阵的特征值来获得.与已有基于小波变换的模态参数辨识方法相比,该方法应用了连续小波的时移共变性和小波变换的滤波能力来确保辨识的效率.在辨识过程中,采用优化算法提高了辨识的精度和稳定性.算例仿真结果表明该方法具有较高的计算精度和稳定性,能用于飞行器结构模态参数的辨识.      

带约束多体系统Lyapunov指数的数值计算方法

应用第1类Lagrange方程建立的带约束多体系统动力学方程为非线性微分-代数方程组.利用增广法,将其转化成了常微分方程组,并表示成矩阵形式.根据方程的特点,给出了方程的Jacobi矩阵的具体表达式,提高了计算效率.在此基础上,给出了Lyapunov指数的数值计算方法,并通过对具体的树形和非树形多体系统进行Lyapunov指数数值计算,结合相图和Poincare映射对系统的动力学特性进行了分析,表明了该方法的可行性和有效性.      

带有燃气舵的导弹舵面颤振分析方法

传统的颤振分析方法以及商业软件不能分析带有燃气舵的导弹舵面颤振.为此,提出了一个解决带有燃气舵的导弹舵面颤振分析方法.采用动态子结构方法建立带有燃气舵的导弹舵面颤振状态空间运动方程和分析方法,结构质量矩阵和刚度矩阵分成对应于广义坐标的块矩阵;可以考虑不同来流气动效应和翼-体组合对气流的影响,用非定常气动力有理函数拟合法建立时域非定常气动力求解模型.算例数值结果表明:燃气舵舵轴与空气舵舵轴刚度之间的不利耦合会让空气舵颤振速度降低.上述分析方法和计算结果为导弹设计提供参考.     

颤振主动抑制系统鲁棒控制律初探

应用鲁棒稳定性理论，对颤振主动抑制系统进行了分析研究，通过分析和计算气动弹性闭环系统回郑矩阵的最小奇异值，判定系统的稳定性系统抗扰动的不灵敏特性。文中以一小展弦比机翼／外挂颤振主动抑制系统模型为例，进行了分析和计算。并应用约束变尺度法，对控制律重新进行了综合优化设计，使得该系统的稳定裕度，抗扰动的不灵敏性及低速稳定性有所改善。     

航天器自主天文导航系统的可观测性及可观测度分析

天文导航系统中的观测量是一个重要的精度影响因素,星光角距和星光仰角是天文导航中两种最常用的观测信息,首先介绍了这两种观测信息及其量测方程的建立,然后从天文导航系统的可观测性和可观测度的角度,以观测矩阵的条件数作为系统可观测度的度量标准,分析了由于所选用的观测量的不同所导致的系统导航性能的差别,同时给出了一种衡量天文导航系统中的观测量和系统性能的分析方法.计算机仿真结果证明了该方法的有效性.     

考虑舵机动力学的舵系统颤振特性分析

飞行器舵面的颤振特性与舵机动态特性有很大关系.提出了2种考虑舵机复刚度颤振分析的工程分析方法,第1种方法思想是对舵面和舵机的耦合系统(下文称舵系统)模型在各种来流速度下进行状态矩阵的稳定性判断,称为时域方法;第2种方法是将舵机复刚度特性包含在频域颤振方程中,使用改进的V-g法求解该方程得到舵系统颤振特性,称为频域方法.通过对舵系统模型算例的数值计算验证了方法的可行性;发现传统的按扭转频率进行舵机刚度等效的舵面颤振工程计算方法的结果相对于该方法有较大差别.说明当舵机动力学特性较差时,在舵面颤振分析中考虑舵机复刚度特性是很有必要的.     

挠性梁振动控制中敏感器/致动器的优化配置

依据压电敏感方程和压电致动方程 ,给出了粘贴有若干压电片的挠性梁的数学模型 ;基于结构模态在可控可观性子空间上的正交投影 ,提出了压电敏感器 /致动器位置的优化设计方法 ,并将可控和可观格莱姆矩阵作为加权矩阵反映可控可观的测度。仿真计算结果表明 ,采用优化的压电敏感器 /致动器能够有效抑制悬臂梁的振动     

惯性解耦的多体系统动力学方程

对一类含自由－自由弹性梁的多体系统动力学方程进行了研究，利用多体系统的结构特性和运动特性对其动力学方程进行了简化，使惯性质量矩阵为对角形，得到了惯性解耦的多体系统动力学方程，在方程的数值求解时，可提高计算速度和精度，为多体系统动力学的实时仿真提供方便。     

空间站机械臂转位系统动力学建模及特性分析

为分析空间站在应用机械臂转位过程中的动力学特性,采用矢量力学方法推导了考虑偏心量的空间站转位系统动力学模型.使用有限元方法描述柔性臂的弹性变形,应用Newton-Euler法建立空间站机械臂转位系统转动方程,并采用Lagrange法建立柔性臂振动方程;针对柔性机械臂末端带有大负载的特点,将末端弹性变形引起的负载角速度从负载绝对角速度中分离,应用约束模态展开法对动力学方程进行降阶.提出了构造降维矩阵的方法以便于利用空间动力学模型研究机械臂平面转位问题;分析了空间站舱体转位过程中系统的转动惯量、偏心量发生变化的特性.数值仿真结果表明:空间站在转位过程中,系统总体相对于系统质心的转动惯量变化巨大,且偏心量变化范围甚至已超出了空间站核心舱的几何范围.结论可为空间站的控制系统设计提供理论参考.     

线性大系统的动态特性分析

本文研究线性大系统动态特性的定性分析。应用分解集结法的基本思想,得到了大系统的特征值均落在复平面左半部的某个扇形域中的条件,满足此条件的大系统渐近稳定,同时过渡过程中不存在频率很高的振荡。     

结构方程模型的预测建模方法

提出一种结构方程模型的动态预测建模方法,从而可以在无须未来样本数据的情况下,预测系统要素之间未来的因果关系。采用矩阵谱分解,将协方差矩阵唯一分解为特征值矩阵和特征向量矩阵乘积的形式.分别应用经典的线性回归方法和高维群点主轴旋转预测方法对特征值矩阵和特征向量矩阵建立预测模型,提出一种协方差矩阵的后推预测算法.采用极大似然法,迭代估计未来结构方程模型的各种参数.仿真实验例示了该方法的主要计算步骤.计算结果显示,利用本模型得到的拟合值精度较高,预测模型真实可信,表明这种方法可以用于分析和预测结构方程模型.      

一类非线性网络化系统的基于观测器的控制

在传感器和控制器之间存在数据包丢失的情况下,被控对象的状态不完全能直接测得时,研究了一类被控对象为带有非线性摄动的网络化控制系统.把网络看成开关,网络正常通信时对应的子系统和网络丢包时对应的子系统之间相互切换形成一个切换系统,进而将这类系统建模为一类切换系统模型.基于驻留时间的思想,通过Lyapunov稳定性理论,建立了基于观测器的状态反馈控制器的网络化系统指数稳定性的充分条件,利用线性矩阵不等式(LMI,Linear Matrix Inequality)的可行解给出了观测器和控制器的参数化方法.数值例子验证了所得结果的有效性.     

耦合的气动伺服弹性系统鲁棒稳定裕度估算

根据多输入－多输出控制系统理论，对飞行器耦合的气动伺服弹性系统进行了稳定裕度估算，耦合是在飞行器的横滚与偏航之间产生的，以闭环系统回差矩阵的奇异值理论作为估算方法的基础，应用鲁棒稳定性的充分条件，以某飞行器为例进行估算，得出飞行器在给定速度下保持稳定性的抵抗系统摄动的范围。