驾驶员建模精度分析方法的改进及应用

研究了驾驶员建模精度分析方法和提高建模精度的途径。基于驾驶员在环实时仿真结果,识别驾驶员描述函数,按加权最小二乘准则采用复形调优算法识别模型参数。结合两步识别过程,针对现有模型精度公式在最终模型检验上的缺陷,进一步完善了精度评价公式。根据公式提出了基于灵敏度分析的驾驶员模型参数调整方法。应用结果表明：所建立的公式和方法对提高驾驶员模型建模精度效果明显。     

驾驶员结构模型参数辨识

给出一种驾驶员结构模型的参数辨识方法：根据人—机实时仿真试验测量的驾驶员描述函数,按最小二乘准则辨识驾驶员模型参数。推导出驾驶员结构模型的灵敏度公式,用于参数辨识过程,使计算方便、收敛性改善。针对驾驶员完成俯仰跟踪任务的人—机仿真试验结果,进行了实例计算,表明该方法是一种确定驾驶员结构模型参数的简单实用的方法     

俯仰跟踪任务中的驾驶员神经网络模型辨识

 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。为了提高飞行品质的预测精度,采用人工神经网络(NN)方法进行驾驶员模型辨识,着重研究该模型对不同飞机被控对象的适应能力。首先,详细分析了驾驶员完成俯仰跟踪任务的操纵行为特点,提出适用于该驾驶员行为描述的神经网络模型结构形式。然后,根据对不同被控对象进行俯仰跟踪实时仿真实验的结果,对神经网络模型参数进行识别。最后,对模型辨识结果进行了精度评价。研究结果表明,该辨识方法适用于研究具有不同增益、不同短周期振荡频率飞机被控对象的驾驶员操纵行为特性。     

用自适应小波神经网络辨识动态实验数据

在气动动态实验中，往往飞行器气动模型是非线性的，很难对动态系统进行正确建模，因此无法得到准确的气动参数值。而采用自适应小波神经网络，无需对该动态系统建模，就可准确地辨识出气动动稳定特性，同时，精度较高、收敛速度较快。采用该方法对某导弹模型风洞自由飞实验结果进行了辨识与动稳定性分析，结果表明用自适用小波神经网络辨识安全可靠。     

基于物理信息神经网络的飞机气动参数辨识方法

在飞机设计与研制过程中，通过气动参数辨识建立可靠的飞行动力学模型非常重要。传统的气动参数辨识工程算法，诸如极大似然法，需要给出合理的飞行动力学模型以及待辨识参数的初值。基于传统神经网络的气动参数辨识可以避免飞行动力学建模过程，这种方法需要通过增量法、导数法间接地从神经网络提取气动参数。本文提出了一种基于物理信息神经网络的飞机气动参数辨识方法，可将含待辨识参数的飞行动力学模型作为正则项加入损失函数，直接辨识得到气动参数。该方法可以显著减少建模数据需求，也能提高建模精度。飞行仿真数据验证结果表明，该方法的无噪声、含2%噪声仿真数据，纵向飞行状态空间模型辨识最大相对误差分别为1.80%、4.64%，表明了基于物理信息神经网络的飞机气动参数辨识方法具有可行性，并对含噪声的飞行数据具有泛化性。     

基于ODE参数辨识的液压伺服系统灰箱建模

 针对液压伺服系统常规"白箱"建模由于参数无法精确获得导致所得模型精度不高及"黑箱"建模所得模型内部结构未知的问题,本文提出基于ODE参数辨识的液压伺服系统"灰箱"建模。首先,建立了工程上实用的系统状态空间模型, 根据系统特征确定了待辨识参数,将模型辨识问题转化为常微分方程(ODE)参数辨识问题;然后,采用正弦扫频信号作为激励信号和基于带边界约束的信赖域优化算法的初值问题方法进行参数辨识;为了和ODE参数辨识结果进行对比,本文同时采用系统的频率响应数据和最小二乘法辨识得到系统的"黑箱"传递函数模型;最后,通过大量实验验证了辨识模型的精确度。实验结果表明,本文提出的基于信赖域算法的液压伺服系统模型辨识方法可以有效处理参数的边界问题,使辨识模型既具有实际的物理意义,又与实际系统高度符合。     

面向工业机器人的数字孪生建模精度补偿方法

针对现有工业机器人智能装备建模感知监测精度缺失,依靠理论参数建模精度低等问题,本文以工业机器人铣削系统为研究对象,构建了高精度光栅尺实时测量机器人关节转角的数字孪生监测系统,避免了齿轮间隙、编码器丢码等关节转角误差对数字孪生建模准确度的影响;根据MD–H运动学建模方法建立了数字孪生驱动模型,采用L–M算法对工业机器人建模参数进行辨识修正,减少了机器人数字孪生模型中几何误差的影响;开发了数字孪生交互系统平台,用以监测、控制物理空间的工业机器人铣削系统的作业运动。利用辨识后的机器人关节参数构建的数字孪生模型,使得工业机器人铣削系统运动点位的建模精度从±1.6905 mm提高到了±0.3304 mm,提高了4.12倍,表明本文针对工业机器人数字孪生建模方法的正确性和建模参数辨识方法对建模精度补偿的可行性。     

排球球缝随机气动力辨识建模

本文应用Ｈ（Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ）变换求解病态法方程之最小二乘法及三次样条函数最小二乘法，对不同球缝随机性气动力模型进行辨识，提高了参数估计精度。讨论了不同球缝和各种发政治协商会议方式气动力的建模方法，给出了数学模型，并进行了验证，所得结果与实践经验一致。表明气动力模型较符合实际，建模方法可行，模型简单实用，为研究运用球缝发飘球技术，提供了重要的模型依据。     

基于辨识法的核心机起动过程数学模型

为了提高航空发动机核心机起动过程数学仿真模型的计算精度,提出了辨识法建模的思路,主要借助核心机试车数据, 通过求解转子扭矩平衡方程和燃气扭矩特性方程,建立核心机起动数学模型。在燃气扭矩特性的计算求解中,创新性地提出了起 动加速过程“虚拟稳态”的概念。利用辨识模型对某型核心机的起动过程进行了仿真计算,并利用试车数据对辨识模型的计算结 果进行了校核。结果表明：辨识法可用于建立核心机起动数学模型,且辨识模型具有较高的计算精度,计算结果与实际试车数据 之间的误差小于2%,因此辨识模型可作为核心机试车调试的辅助手段。随着核心机试车数据库的完善,辨识模型还将进一步发 展,其计算能力和计算精度还将继续提高。     

结构驾驶员模型与McRuer模型的仿真研究

根据驾驶员完成俯仰跟踪的人－机半物理实时仿真实验，分别对结构驾驶员模型和ＭｃＲｕｅｒ模型者了参数辨识，用两种模型和某电传操纵飞机纵向短周期等效系统模型构成人－机数值仿真系统，将模型仿真结果和实时仿真结果进行比较和分析，以便了解两种模型的特性，为深入研究闭环飞行品质提供参考依据。     

DFBW飞机人-机闭环纵向着陆特性研究

本文根据试飞员的飞行体会和一组试飞曲线,提出驾驶员参数随着着陆过程变化的频率域模型,建立装有DFBW飞机的人-机闭环系统数学模型,编制非线性全量时域仿真程序,对纵向着陆过程动态作了全面的定量分析,其结果与装有MCS飞机的试飞情况吻合,验证了本文建模、程序可信度和精度,从而得出某DFBW飞机着陆特性是可被驾驶员接受的一些有益结论。     

自适应飞机驾驶员最优控制模型研究及应用

针对驾驶员最优控制模型(OCM)无法反映飞行员在未知环境下渐进适应过程这一缺点,采用自适应状态估计理论对OCM进行改进,建立了基于自适应状态估计的驾驶员最优控制模型(MOCM-AE),给出了算法流程。通过对比飞行试验数据和未知扰动下的着舰应用,对模型进行了评估。通过人机闭环仿真进行了飞行试验再现,得到了人机闭环频域曲线。对比结果表明,与OCM相比MOCM-AE的频域特性曲线与试验更为吻合。在着舰应用中,引入低空紊流作为未知扰动进行着舰仿真,结果表明OCM强烈依赖于先验经验,而MOCM-AE无论是否具有先验经验,无论是否存在未知扰动,均能取得良好着舰效果。在未知扰动和舰尾流影响下,MOCM-AE比传统OCM着舰精度提高59%,着舰点分布范围缩小29%,这体现了飞行员对未知环境的适应能力。     

Generic functional modelling of multi-pulse auto-transformer rectifier units for more-electric aircraft applications

The Auto-Transformer Rectifier Unit (ATRU) is one preferred solution for high-power AC/DC power conversion in aircraft. This is mainly due to its simple structure, high reliability and reduced kVA ratings. Indeed, the ATRU has become a preferred AC/DC solution to supply power to the electric environment control system on-board future aircraft. In this paper, a general modelling method for ATRUs is introduced. The developed model is based on the fact that the DC voltage and current are strongly related to the voltage and current vectors at the AC terminals of ATRUs. In this paper, we carry on our research in modelling symmetric 18-pulse ATRUs and develop a generic modelling technique. The developed generic model can study not only symmetric but also asymmetric ATRUs. An 18-pulse asymmetric ATRU is used to demonstrate the accuracy and efficiency of the developed model by comparing with corresponding detailed switching SABER models provided by our industrial partner. The functional models also allow accelerated and accurate simulations and thus enable whole-scale more-electric aircraft electrical power system studies in the future.     

A new online modelling method for aircraft engine state space model

To overcome the drawbacks of current modelling method for aircraft engine state space model, a new method is introduced. The form of state space model is derived by using Talyor series to expand the nonlinear model that is implicit equations and involves many iterations. A partial derivative calculation method for iterations is developed to handle the influence of iterations on parameters. The derivative calculation and the aerothermodynamics calculations are combined in the component level model with fixed number Newton-Raphson (N-R) iterations. Mathematical derivation and simulations show the convergence ability of proposed method. Simulations show that comparing with the linear parameter varying model and centered difference based state space model, much higher accuracy of proposed online modelling method is achieved. The accuracy of the state space model built by proposed method can be maintained when the step amplitudes of inputs are within 2%, and the responses of the state space model can match those of the component level model when each input steps larger amplitudes. In addition, an online verification was carried out to show the capability of modelling at any operating point and that state space model can predict future outputs accurately. Thus, the effectiveness of the proposed method is demonstrated.     

基于直升机舰面起降动态仿真的风限图计算

建立了基于直升机舰面起降动态仿真的风限图（WOD）计算方法,综合计入舰船尾流、直升机运动和驾驶员操控等多因素的作用提升风限图计算的准确度。基于耦合舰船非定常尾流的飞行动力学模型,发展了适于直升机多轴协同操控的驾驶员模型,建立了舰面起降轨迹的数学描述和生成方法,形成计入舰船尾流、直升机运动和驾驶员操控等多因素综合作用的直升机舰面起降动态仿真方法。在此基础上,总结风限图计算判据,建立风限图计算方法。计算结果表明,某些风况下直升机在舰面起飞和降落过程中受到舰船尾流的干扰远大于在甲板上方悬停时受到的作用。本文方法能够捕捉到不同起降点和起降方式导致舰船尾流时空变化的干扰,与传统计算方法相比,显著提升了风限图计算的准确度。     

起动过程轴流压气机的模型化

 本文提出了一种轴流压气机在低转速下（对应发动机由风车到慢车状态起动范围内）的模型化方法。利用文献〔1〕提供的模型结构式,提出了确定结构式系数矩阵的分步回归方法。模型计算与实验结果是一致的。     

基于正激波位置计算的进气道/发动机系统实时仿真模型

研究了超声速条件下,基于进气道内正激波位置计算的进气道/发动机系统综合仿真问题。提出了将超声速进气道分为内、外两部分独立计算的方案,外部通过斜激波计算公式获得进气道内部的边界条件,对进气道内部采用准一维CFD模型模拟背压对正激波位置的影响。相比二维CFD计算,在保证参数精度要求的前提下有效缩短了计算时间,提高了仿真实时性。进一步将进气道模型与发动机部件级模型匹配运行,构建了进气道与发动机综合实时仿真模型。进气道/发动机综合模型的仿真表明,其能够准确模拟进气道正激波位置对涡扇发动机的动稳态影响,当来流发生扰动时,通过喷管喉道面积和压缩部件导叶角的快速调节,能够抑制正激波位置的变化,并使推力下降量减少50%。