基于正余弦耦合的三轴速率平台控制结构优化

针对三轴速率平台进行三自由度的动态摇摆时出现的平台台体线性漂移问题,提出了一种基于正余弦耦合的三轴速率平台稳定回路控制结构优化方法。当三轴平台进行三自由度摇摆运动时,由于框架间角运动激励的物理耦合和角运动解耦激励的数学耦合,平台台体会产生动态漂移。首先建立三轴平台的角运动输出模型,再根据传递特性将平台基座上的角运动代入到台体伺服控制回路中得到交叉耦合误差项。其次,对比三轴速率陀螺平台和三轴位置陀螺平台在稳定回路控制结构上的异同,分析动态摇摆条件下造成平台台体出现正余弦耦合误差和台体大漂移率误差的形成机理,根据误差源进一步对三轴速率平台的稳定回路控制结构进行了设计优化。最后通过仿真和三自由度转台摇摆试验可见,摇摆过程中不再出现框架角的较大线性漂移,验证了稳定回路结构优化的正确性。     

空间飞行器姿态控制设计和鲁棒性分析

基于奇异摄动思想,将飞行器姿态控制系统分为慢变化的姿态角回路和快变化的角速度回路分别设计。每个回路的设计均采用精确线性化方法。对于内回路即角速度回路,考虑到飞行器转动惯量的参数摄动,应用小增益原理分析了系统的鲁棒稳定性。     

一种高超声速飞行器的非线性再入姿态控制方法

针对高超声速飞行器的再入非线性动力学模型,利用SDRE（state dependent Riccati equation）设计姿态控制器。基于奇异摄动理论,把姿态动力学分解成姿态角和姿态角速度跟踪内、外环回路,同时把非线性动力学伪线性化。每个跟踪回路用SDRE获得控制律,考虑到SDRE局部渐近稳定的特点,可以保证系统闭环稳定。最后设计高超声速飞行器飞行控制系统,并在高超声速条件下进行仿真,验证了该方案的有效性。     

基于逆系统解耦的MSCSG姿态测量方法

磁悬浮控制敏感陀螺（MSCSG）是一种将姿态控制和姿态测量功能合二为一的新型陀螺，采用洛伦兹力磁轴承（LFMB）控制转子径向偏转。针对MSCSG 2个测量轴之间存在耦合的问题，提出了一种基于逆系统解耦的测量方法。首先，分析了MSCSG的结构组成，在此基础上建立了LFMB-转子系统动力学模型，推导了MSCSG陀螺进行两自由度姿态测量的工作原理；然后，分析了2个测量轴之间的耦合关系，进而提出采用逆系统对2个测量轴进行解耦。最后，对所提方法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明:在所提解耦方法作用下，2个测量轴之间的耦合效果得到了很好的抑制，测量精度得到了一定的提高。      

基于增益调度与光滑切换的倾转旋翼机最优控制

针对倾转旋翼机转换机动中变动力学特性导致的复杂控制问题,提出基于增益调度（GS）的线性二次最优控制与光滑切换控制结合的综合体系结构,用以实现转换机动过程中的全局最优控制。该控制综合方法,在保证性能指标要求最小的同时,对操纵机构的负荷较低。首先,建立了倾转旋翼机高置信度飞行动力学模型,并应用混合操纵克服操纵冗余问题。其次,设计了基于增益调度的线性二次最优多环控制器,并采用光滑切换控制策略综合2套控制器,实现动态倾转过程的姿态平滑过渡。最后,进行以倾转走廊中间路径为期望轨迹的全模式自主飞行仿真。仿真结果表明:控制系统在转换机动过程中体现出强鲁棒性和较优的系统性能。      

动力学参数未知的四旋翼无人机预定性能控制

针对具有外部气流干扰、空气阻力和时变负载的不确定四旋翼无人机，考虑动力学参数未知的情况，基于自适应动态表面控制框架，提出了一种新的双闭环预定性能控制方法。将四旋翼无人机系统解耦为双环，即外环位置子系统和内环姿态子系统，内外环通过姿态提取算法连接。分别针对位置和姿态子系统，利用自适应方法对系统的未知动力学参数、空气阻力和外界干扰进行估计，同时引入新的坐标变换作用于跟踪误差，基于Lyapunov稳定理论，提出预定性能控制器设计方法，使闭环系统跟踪误差一致最终有界稳定，且整个动态过程中满足暂稳态性能要求。所提方法克服了系统动力学参数和负载精确已知的局限性，避免了预定性能控制设计中复杂的求逆过程。通过仿真实例验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于特征模型的力矩受限卫星三轴姿态控制

针对控制力矩受限的卫星大角度姿态机动控制问题,设计了一种基于特征模型的低增益反馈控制器.根据原对象动力学模型建立二阶时变差分方程形式的特征模型,通过推导得到了特征模型参数范围。给出了低增益饱和控制方法,并设计低增益反馈控制器,解决了控制输入饱和所带来的性能下降甚至系统不稳定的问题.通过使用特征建模有效地解决了常规控制方法难以使用于一些复杂对象控制的问题.控制受限卫星大角度姿态机动仿真验证了所提出控制方法的有效性.     

混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型

混合式惯导系统作为一种新型惯导系统,具有三轴全姿态物理平台、捷联姿态算法和系统装机自标定等特点。针对以上特点,为提高其导航定位精度,在混合式惯导系统框架角约束方程的基础上,利用姿态四元数代替欧拉角描述混合式惯导系统中三轴物理平台的转动,建立了一种混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型对其进行误差系数标定。针对该模型的特点,对传统的无迹卡尔曼滤波（UKF）算法进行改进,提出了一种基于奇异值分解的四元数无迹卡尔曼滤波（SVD-QUKF）算法进行模型误差系数辨识。仿真和试验结果表明,基于SVD-QUKF算法,四元数连续自标定模型能够以低于1%的相对误差标定出混合式惯导系统所有的误差系数,在标定精度和计算速度上相比基于传统UKF算法的框架角自标定模型都具有一定优势。      

变结构航天器模糊神经网络滑模控制器设计

变结构航天器是目前航天领域的重要发展方向，航天器结构的变化将导致质量分布发生明显变化，这对航天器动力学建模和控制器设计都提出新的问题。针对这种情况，采用混合坐标法和拉格朗日方程建立了航天器刚柔耦合动力学模型，利用几种典型工况的参数近似得到变结构过程中动力学参数的变化规律。设计滑模控制器对航天器变结构过程进行姿态控制，为提高滑模控制器的适应性，设计模糊神经网络（FNN）自适应调节滑模控制器参数，并利用径向基函数（RBF）神经网络逼近动力学模型，得到控制力矩与姿态变化之间的近似关系，用于FNN的优化。通过仿真得到航天器变结构期间无控、滑模控制和模糊神经网络滑模控制的姿态变化，仿真结果对比验证了模糊神经网络滑模控制对于滑模控制的优势，证明了其在变结构航天器姿态控制方面的有效性。     

Detection of surface temperature anomaly of the Sea of Marmara

Monitoring sea surface temperature (SST) over a long-term and detecting the anomalies highly contribute to understanding the prevailing water quality of the sea. Earth observation satellite images are the key data sources that offer the long-term SST detection in a cost and time effective way. Since the Sea of Marmara in Türkiye is surrounded by the highly populated provinces, the water quality of the sea has gained importance for scientific and public communities over the years. This article emphasizes on the significance of detecting SST trend and corresponding anomalies of the Sea of Marmara over the past 32 years. To address the SST variations of the Sea of Marmara in time, a comprehensive set of both field and satellite data regarding SSTs were obtained within the context of this study. The SST trend and its anomalies between the years 1990 and 2021 were detected by applying Seasonal-Trend decomposition procedure based on LOESS (STL) method to NOAA OISST V2 data. On the other hand, spatial SST distribution was detected with Landsat-8, Sentinel-3 and NOAA OISST V2 satellite data. SST results were verified with the in-situ data within the scope of accuracy assessment. The results showed that SST time-series data performed an increasing trend and had anomalies mostly during the spring months in the recent years.     

陀螺仪运动的复杂性

建立了外环轴水平放置的重力对称陀螺仪的运动方程.并将陀螺仪转子的质心位置作为扰动, 在一定条件下, 首先研究了自由陀螺仪的运动, 并给出力学意义解释; 然后利用Melnikov方法和KAM理论研究了非自由陀螺仪的运动.研究结果表明: 在陀螺仪转子的质心与支架中心不重合且充分接近, 或陀螺仪能量充分大时, 陀螺仪的运动出现Smale马蹄意义下的混沌; 同时它的Hamiltonian流存在KAM不变环面和不变闭曲线.      

进化策略在火箭发动机静态特性研究中的应用

建立了全流量补燃循环发动机的静态特性的数学模型.描述静态特性的数学模型是由一组非线性方程组成的.采用基于进化策略的进化算法求解全流量补燃循环发动机的静态特性方程,将该模型的非线性方程组求解问题转化为求带有约束的极小值的优化问题,建立了进化策略计算模型.讨论了进化策略算法在进化计算过程中使用的变异算子、重组算子和选择算子的设计,以及对约束条件的处理方法.数值计算的结果表明,利用基于进化策略的算法可以在较大范围内进行全流量循环液体火箭发动机的静态特性研究.     

Gaussian-Hermite矩旋转不变矩的构建

矩及矩的方程因其较强的表述图像特征的能力在图像处理与模式识别中有着广泛的应用,但目前基于具有正交性质的Gaussian-Hermite矩的研究还比较有限.针对Gaussian-Hermite矩进行深入的研究,将其推广到极坐标下复数空间中,提出Polar-Gaussian-Hermite矩;给出利用升降算符计算矩的方程的方法;并利用极坐标下复数空间中的优势,以及它们之间的一一对应关系,推导Gaussian-Hermite矩的旋转不变矩,并给出其旋转不变矩的独立与完备集.实验结果验证所提出的旋转不变矩的正确性,以及良好的数字稳健性.     

深孔尺寸及形状误差自动综合测量理论与方法的研究

通过研究深孔尺寸及其形状误差在线自动综合测量的基本理论,给出一种新的误差分离方法。用此方法,能够在测量过程中将被测深孔工件尺寸及形状误差与工件的回转运动误差、测头的直线运动误差分离开来。而且在进行误差分离的同时,能精确确定被测表面各点的三维坐标,建立起各项被测参数的数学模型,并研制成功由微机实时数据处理的深孔在线综合测量系统。实验结果表明,该测量系统的基本理论正确,测量结果准确可靠。     

氢原子钟电离谱线对振荡信号的影响

通过实验分析了氢钟电离光谱组成,并通过实验分析了谱线对氢原子钟振荡信号幅度的影响。实验结果表明,当电离泡光强达到极大值时,氢原子流量控制在该极大值对应流量的3倍附近,可以保证氢原子振荡信号的幅度在极大值附近保持较小的变化。使主动型氢原子钟的振荡信号幅度能够保持在最大值附近。根据分析结果对氢原子流量进行了优化。     

月球背面地形对软着陆探测的影响分析

相对于月球正面大面积平坦的月海区域,月球背面地形整体崎岖复杂,因此地形地貌的变化会对探测器的软着陆探测产生一定的影响。从任务设计、着陆器设计和月面工作程序3个方面分析了"嫦娥4号"着陆区南极–艾特肯盆地(South-Pole Aitken Basin,SPA),及其相对于"嫦娥3号"着陆区的变化,主要结论包括:1)着陆区范围缩小,由"嫦娥3号"着陆区经度范围16.4°和纬度范围3°,减小到经度范围约4°和纬度范围约2°;2)动力下降策略更改,动力下降过程主减速段结束后,着陆器由斜向前运动轨迹改为接近垂直向下运动轨迹,同时更改测距敏感器的引入时机;3)提高微波测距测速敏感器信号发射功率和信噪比;4)着陆后需要预测着陆器的光照和测控被地形遮挡的情况,然后制定如休眠或月食模式等相应策略等。通过以上优化设计,"嫦娥4号"任务可适应月球背面地形地貌的变化,有效降低着陆过程和月面工作的风险。     

正交各向异性矩形薄板稳定问题的直接解法

用分离变量法求解了正交异性矩形薄板的稳定问题,得到了3种边界条件下的解析解,结果与相关文献完全相同,求解方法比传统的半逆法要简单.分析了力边界条件给实施分离变量法带来的困难.给出了不产生泊松效应并能消除板刚体位移的方法.将叠层材料板等效为正交各向异性板,用解析方法求解了面内单向压曲问题,结果与有限元分析结果吻合很好,证明了分离变量方法的正确性和实用性.     

软隔板双脉冲发动机二级点火延迟试验分析

在进行软隔板双脉冲发动机的试验研究时发现,二级脉冲出现远远超过指标要求的点火延迟.为了改进这种状况,从点火药量和隔板厚度两方面进行试验研究.结果表明单纯增加点火药量使得隔板破裂太快,能量过早地释放;而单纯增加隔板厚度使得隔板不能按预定位置和方式破裂,影响工作性能.最终结合软隔板双脉冲发动机的工作特点,从两方面同时改进,达到了比较合理的点火延迟.