考虑作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域

针对作动器速率饱和引起的Ⅱ型驾驶员诱发振荡(PIO,Pilot Induced Oscillations)严重威胁先进战机飞行安全的问题,研究了计及作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域.建立了考虑作动器速率饱和的人机闭环系统非线性模型,引入增广状态变量以及饱和度函数处理速率饱和环节,应用椭球体不变集估计人机闭环系统的稳定域,得到了稳定域估计的一般算法.通过时域仿真研究了所估计的稳定域的保守性,研究了驾驶员操纵增益以及作动器速率饱和值对稳定域的影响.结果表明:稳定域法物理意义清晰、结果直观,可用于人机闭环系统稳定性的评估.研究结果可为先进战机飞行控制系统的设计提供理论依据.     

用同一理论预测飞机飞行品质和PIO敏感性

用同一理论来预测评价飞机飞行品质和驾驶员诱发振荡(PIO)是最近提出的一种方法.它是基于改良的补偿驾驶员结构模型和提出一套确定其模型参数的方法,并用驾驶员感受反馈信号的功率谱来衡量飞行品质和PIO.同一理论既适用人-机线性系统,也适用非线性系统.针对某电传操纵飞机,用同一理论进行分析,其结果与其它准则作了对比,最后并分析了速率限制环节、延迟环节等的影响.      

飞翼布局飞机舵面偏转速率设计

舵面偏转速率的大小是飞机飞行控制系统设计的重要约束之一.当偏转速率饱和时,在外界干扰或操纵下,飞机可能进入自激振荡(PIO)状态,导致飞行品质下降.建立了飞翼布局飞机舵面偏转速率限制值的设计方法,给出了某大展弦比飞翼布局飞机的三轴主操纵面偏转速率设计的算例,分析了偏转速率限制对飞机动态响应特性的影响及其与飞机本体气动导数、转动惯量、展弦比构成的组合参数间的关系.结果表明:对于大展弦比飞翼布局飞机而言,其横向主操纵面偏转速率限制值要求最高,纵向次之,航向最低.研究方法和结果可用于飞翼布局飞机的操纵舵面与飞行控制系统初步设计时参考.      

一种预测驾驶员操纵行为的建模方法

在飞机设计中,应用驾驶员数学模型预测飞机飞行品质是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一.驾驶员神经网络模型是利用飞行模拟实验数据建立的驾驶员模型.基于该模型,针对纵向单通道俯仰跟踪任务,详细讨论了具有不同增益、不同短周期振荡频率飞机构型的驾驶员操纵行为变化规律.研究结果表明:对于特性相似的飞机构型,其驾驶员操纵特性也相似.因此,提出了一种利用相似构型的驾驶员操纵行为特性建立驾驶员预测模型的方法.通过对预测模型进行精度评价,可以证明采用本方法能够获得比较满意的驾驶员操纵行为特性预测结果.     

红外二氧化碳传感器动态特性校准与改进研究

提出了红外二氧化碳传感器动态特性实验方法,建立了红外二氧化碳传感器的动态数学模型,阐述了动态补偿滤波器的设计过程,并讨论了影响动态数字滤波器补偿效果的各种因素.为了减小运算时间,改善传感器的响应特性,给出了一种将滤波器的差分方程变成递推运算的方法.实验结果表明,动态补偿滤波器有效地提高了红外二氧化碳传感器的动态特性.     

空间精密跟瞄Hexapod平台作动器研制与实验

针对基于并联机构的空间精密跟瞄Hexapod平台的大行程、高性能要求,通过对现有主动元件的分析,从作动器角度研制了以滚珠丝杠作动器为宏动部分、压电作动器为微动部分的大行程高频响精密复合作动器,测试了复合作动器的行程、开环定位精度及动态特性,以dSPACE半物理仿真系统为核心建立了实验系统,进行了复合作动器单自由度精确定位实验和振动主动控制实验.由结果可知,复合作动器作动行程超过50mm、经微动部分补偿后的整体定位误差小于1μm、正弦持续扰动下采用自适应滤波ADC(Active Disturbance Canceller)方法使振幅下降90%以上.结果表明,将此复合作动器应用于空间高稳定精密跟瞄Hexapod平台是完全可行的.      

遥控模式下无人机系统纵向飞行品质评定

建立了无人机系统模型,根据通信数据链存在时延、无人机飞行员不能直接感受到无人机的过载信息等特点,参照有人驾驶飞机飞行品质准则,提出了遥控模式下无人机系统纵向飞行品质的评定方法.对某算例无人机系统的纵向短周期飞行品质及驾驶员诱发振荡(PIO,Pilot-induced Oscillations)趋势进行了评定及分析.结果表明:通信数据链对无人机系统的短周期频率、阻尼等特性的影响较小;但是,无人机飞行员在地面控制站遥控操纵无人机时,通信数据链时延会增加无人机系统的延迟时间,导致闭环操纵的短周期飞行品质发生降级,并具有PIO倾向;为避免发生PIO,应避免无人机在遥控模式下执行快速机动飞行任务.     

Gap准则在Ⅱ型PIO预测中的应用

针对Ⅱ型PIO(Pilot Induced Oscillations)严重威胁先进战斗机飞行安全的问题,提出运用Gap准则对纵向Ⅱ型PIO进行预测.建立了舵机速率限制的正弦输入/三角输出描述函数模型,改进了Neal-Smith驾驶员模型.提出运用描述函数法研究Ⅱ型PIO的产生机理,推导了非线性人机系统失稳公式,得到了Gap准则的一般计算方法.应用Gap准则对某型飞机纵向Ⅱ型PIO敏感性展开了研究,并进行了时域仿真验证.结果表明:Gap准则物理意义明晰、结果直观、计算高效,能有效地预测Ⅱ型PIO的发生.研究结果可为先进战斗机飞行控制系统的设计提供重要理论依据.     

无槽圆筒型永磁直线作动器绕组分布特性实验

将无槽圆筒型永磁直线电机用作飞行器姿态控制直线作动器.研究了圆环形无槽绕组分布系数,建立了其轴向分布系数计算模型,该模型考虑相间绝缘厚度的影响.比较研究了单极性圆环形绕组和双极性圆环绕组的分布特性,得到了相间绝缘厚度对这两种绕组结构绕组因数的影响规律.研制了无槽圆筒型直线作动器样机,测试和计算得到的空载反电势波形吻合,验证了理论研究的有效性.对作动器推力、动态等特性进行了测试论证,结果表明,该直线作动器具有电枢反应小、响应速度快等优点.     

基于模糊自抗扰的索网天线容错振动控制研究

针对空间索网天线型面振动控制中部分作动器故障影响天线型面精度的问题，基于天线动力学模型设计一种模糊自抗扰容错控制方法。首先，建立天线型面的振动动力学模型，包括天线振动动力学模型、形状记忆合金作动器动力学模型和作动器故障模型。然后，设计模糊自抗扰控制容错振动控制方法，在作动器未发生故障的情况下，抑制天线型面的振动；在作动器发生故障的情况下，降低故障对天线型面精度的影响，实现容错控制。最后，对设计的容错控制算法进行仿真分析。仿真结果表明，模糊自抗扰容错控制方法不仅在作动器未发生故障时能将型面扰动降低93%,而且将三个作动器故障对型面精度的损失控制在4%。该天线型面振动容错控制方法对作动器故障干扰具有良好的适应性。     

联翼布局俯仰力矩非线性变化特性的数值模拟

联翼布局飞机具有优良的升阻特性,是下一代亚声速飞机优先选择的气动布局型式之一,但在某些情况下其俯仰力矩随迎角的增大会表现出较强的非线性变化特点.针对该问题,在Ma=0.75条件下,采用数值模拟方法对某亚声速联翼布局气动性能及其绕流流场进行研究,通过对各部件气动特性分析,结合不同前翼绕流流动状态下前/后翼绕流场特点及截面气动力分布特点,揭示了前翼对后翼绕流流场干扰是引起其俯仰力矩非线性变化的主要原因.计算结果表明:在一定迎角下,该联翼布局飞机前翼绕流发生分离,从而影响后翼绕流流场,引起后翼气动效率下降,导致全机俯仰力矩随飞机迎角发生非线性上扬,对该机飞行性能的提高带来严重影响.     

一种新型机载一体化电液作动器的设计与分析

针对近年来飞机机载作动系统的发展,设计了一种用于功率电传的新型一体化电动静液压作动器(EHA) ,分析其原理和特点,讨论各部件和系统的建模方法,采用Matlab/Simulink对其进行仿真,结果表明所设计的EHA具有良好的动态性能和带负载能力,达到了良好的性能指标,可作为未来飞机机载电作动系统的方案之一,对功率电传电液作动系统的研制具有实际指导意义.      

Neal-Smith时域PIO预测准则及应用

基于Neal-Smith频域准则,Neal-Smith时域准则(TDNS, Time Domain Neal-Smith criterion)是另一重要的固定翼飞机驾驶员诱发振荡(简称PIO)预测准则,其无需对人机系统的非线性进行任何假设和简化.以某机型为模型,采用TDNS,通过俯仰角闭环操纵误差信号与目标捕获时间之间的关系来同时预测I、II型驾驶员诱发振荡,同时分析了不同速率限制环节对预测结果的影响,基于误差信号的均方差及其二次偏导数,得到了TDNS准则一般计算方法及各个影响因素的关系.结果表明,TDNS准则的计算方法可行、直观、高效.     

飞机结构试验用加载作动器设计与效率分析

针对飞机结构试验尤其是静力试验中加载速度低、系统流量低的特点,设计了一种新型的基于阀控的飞机结构加载试验用的电液一体化作动器,阐述了其系统组成和工作原理,分析了阀控系统的效率问题,提出降低油源压力设计值来提高系统效率的方案,并通过AMESim高级建模仿真平台,对该电液一体化作动器系统进行建模仿真,验证了降低油源压力设计值方案对提高系统效率的有效性.其仿真结果表明所设计的电液一体化作动器能够满足设计要求,在飞机结构加载试验中具有很好的应用前景.     

低插入损耗宽带模拟信号处理滤波用超导抽头延迟线

横向波滤波器已经用微型超导抽头延迟线实现。由于超导体的损耗低,这就有可能采用小型带状线结构在微波频段提供有效延迟。抽头延迟线是以回波耦合器或以阻抗间断形式来实现的。Chirp(线性调频滤波器)是用这样一些耦合器级联起来增加长度的办法组成的。在2.6GHz带宽内做了脉冲展宽和压缩实验。通过给这些抽头加权,可使旁边电平的减小,比峰值输出低26dB。应用耦合模的分析来预测这种滤波器的响应特性,其分析结果与实验非常符合。分析还表明,如果加强耦合使插入损耗减小约10dB,就会产生明显相位畸变,旁边的电平同时成比例地减小。已经提出一种计算方法,根据它来调整抽头的位置,以便用补偿抽头重加权引起的畸变来预先修正相位响应。对经预先修正的器件的进一步分析表明,在插入损耗为3dB的汉明(Hamming)加权滤波器中,旁边的相对电平能够达到41dB。这种技术可用于声波滤波器和光栅滤波器。     

用于数字用户传输系统的定时槽路机械滤波器

本文阐述定时槽路机械滤波器的设计方法和实验结果。复合纵模变换器通过附加一层恒系数合金片至压电陶瓷片的每一个电极表面而被做成夹层结构。对变换器的等效电路常数和三次纵模引起的寄生响应的抑制作了分析。实验滤波器的尺寸是:20L×12W×5Hmm,它与14脚双列直插式集成电路的尺寸相同。滤波器的中心频率为200KHz,其插入损耗低达0.5～0.7dB,而3dB带宽为2.1～2.4KHz。在中心频率下输入输出的相位差约为40°,相位线性度非常好,其相位斜率低达0.07～0.08/Hz。在0～1.5MHz频率范围内衰减频带为30dB或更大,改善了设备的信噪比。滤波器的输入/输出阻抗在8.5～8.9KΩ之间,它与CMOS电路的阻抗匹配是满意的。温度特性表明,在5～60℃之间插入损耗的变化为0.6dB,而相位变化为11°。     

超磁致伸缩作动器的结构分析

从力学和磁学两方面分析了超磁致伸缩作动器内部结构形式对作动器特性的影响,重点研究了永磁铁式偏置磁场的不同结构形式以及作动器外壳材料对作动器的输出性能及作动器轴向刚度的影响.研究结果表明,环套式永磁铁的结构形式不可避免地在作动器外围产生较大磁场;分段式永磁铁的结构形式,采用钢制外壳时可避免漏磁;但是在芯棒区域的磁场与理想均匀磁场的差异将给作动器的输出位移带来较大损失,对作动器的刚度也会产生不可忽略的影响,二者在设计中必须考虑.在结构分析的同时,基于超磁致伸缩材料的特性提出了磁场与刚度相关联的设计理念,可为超磁致伸缩作动器的结构设计提供参考.     

基于数字滤波器的伺服系统谐振抑制方法

针对飞行仿真伺服系统(转台)中存在的机械谐振问题,在分析传统陷波器及二阶低通滤波器谐振抑制原理的基础上,提出了一种双二次谐振抑制数字滤波器.该双二次型数字滤波器结合了传统陷波器和二阶低通滤波器的特点,能够将谐振点和反谐振点同时抑制.通过理论分析与仿真验证相结合的方式,阐述了该双二次型数字滤波器能够同时抑制正反谐振点的原理,并将该滤波器加入到了转台系统中进行实验.实验结果表明,所设计的滤波器在提高跟踪精度的同时有效拓宽了系统的带宽.      

基于能量调节的电动静液作动器设计与仿真

电动静液作动器是功率电传系统的执行机构,在作动器端把电能转化为局部液压能,兼具传统液压系统和直接电力驱动作动器的优点.相比阀控作动器,电动静液作动器的效率和可靠性获得提高,但是带宽和刚度受到限制,因此提出了一种基于能量调节的新型电动静液作动器.能量调节器根据不同的控制响应需求向系统提供附加流量.液压锁用于切换系统工作模式,保持液压缸的输出位置.基于能量调节器的数学方程分析,得出其容积优化原则,并对系统控制策略进行了专门的设计.仿真结果验证了系统响应速度和频宽的改善.     

非相似余度作动系统设计及工作模式分析

非相似余度配置方式可省去中央液压源并有效克服共性故障,成为多电飞机的发展趋势.利用机械特性匹配的方法对变转速电动静液作动器和直驱式机电作动器组成的非相似余度系统进行总体设计.考虑舵面空气负载和连接刚度建立总体数学模型,对3种典型工作模式进行理论分析和仿真对比,再现带载情况下这3种工作模式的切换瞬态.同时提出电机电流内环零值控制的无载工作模式,控制器结构简单并且切换可靠迅速.分析结果对非相似作动系统的设计、工作模式和故障切换方法提供了理论依据.