基于BiSNet的航天发动机转子智能健康监控

航天发动机某部件转子健康监控,对检测发动机能否正常工作进而影响航天发射任务的成败至关重要。传统健康监控方法需要依赖经验和专业知识,在对故障机理深入理解后才能构建相应的健康监控模型。针对传统转子健康监控手段效率低、适应性差、过度依赖专家经验等不足,结合海量转子振动健康监控历史数据,提出并设计采用神经网络BiSNet的人工智能方法,对航天领域运载火箭发动机某部件转子的健康状态进行智能建模并完成监控。通过与传统监控手段和主流基准神经网络方式对照实验得出结论,基于历史数据驱动的神经网络BiSNet可为航天转子智能健康监控提供便捷准确的建模预测。     

基于狄拉克符号的异构模型集成方法

针对数字工程中异构模型集成仿真的问题,提出了一种基于狄拉克符号的系统建模方法。该方法可以屏蔽子系统的建模逻辑和模型实现差异,描述全系统的集成模型和动力学演化。利用类TNEA中间件提供的状态定义和方法调用机制,可以将异构模型映射为具有相同建模逻辑和软件接口的对象模型,构成数字主线,开展虚实融合系统集成试验。该方法可以支撑航天“簇”演进模式下的新技术快速插入、新系统原位替代和新状态快速验证,并针对数字航天开展全要素虚实融合试验,在虚拟环境中摸边探底,验证核心指标。     

交会对接绕飞段多模态滑模控制

基于多模态滑模控制的理念,研究了交会对接绕飞段的控制问题。介绍了 多模态滑模切换函数的设计方法,并给出滑模面的存在条件和系统稳定性证明。采用分时 控制方法弱化系统变量之间的耦合,简化了控制系统的设计。对该控制系统进行了数值仿 真,结果表明：系统可以经由预想的绕飞轨线,由初态绕飞至终态,而且对初始状态具有很 好的适应性。
     

复杂结构件工序模型自动构建技术研究

工序模型动态集成了航天产品及其零部件的设计、工艺、制造等信息，工序模型构建是航天制造领域三维工艺设计的关键内容，可为控制航天器制造工艺状态、提高加工质量提供使能工具。首先，介绍了正向和逆向两类建模方法的技术原理与特点，将主要建模方法分为特征法、工艺信息法两类;其次，深入分析了切削体造型等不同技术方法的原理与特点;最后，总结了该技术的关键问题并展望其发展方向。本文可为今后航天结构件工序模型自动构建技术的研究提供理论指导与支持。     

空间自动对接多模态滑模控制

针对空间自动对接靠拢段的相对位置控制问题,在分析滑模变结构控制的基本原理和设计方法的基础上提出了多模态滑模变结构控制方法.所谓的"多模态",指的是设计由s(0)=0与若干个s(0)≠0"滑模"区连接而成的"滑模运动"路径,使系统状态点沿着所设置的路径,从一个"模态"运动到另一个"模态",最终趋近目标点.详细阐述了多模态滑模变结构控制法的个体切换面设计、切换面的连接和控制律的设计;设计对接进展过程减弱对接状态变量间的耦合,以比较的方式,对多模态滑模变结构控制法、比例微分(PD)控制法和传统滑模变结构控制法的控制效果和性能进行了仿真和验证.仿真结果表明,多模态滑模控制系统具有良好的动态品质和性能,对变轨速度需求小,不仅能减少燃料的损耗,而且可以人为控制状态轨迹,实现状态轨迹的多样化.     

并行工程技术的初步应用与探讨

在并行工程初步应用的基础上，着重介绍了过程建模、团队组织与实施、ＤＦＸ／ＣＡＸ、协同工作等并行工程方法与技术在某航天产品复杂结构件设计、制造过程中实施应用和初步效果。并行工程是现代企业赢得竞争的有效方法，可以有效缩短产品开发周期，降低产品成本。提高产品质量。     

太阳翼铰链结构的动力学实验与非线性动力学建模

通过动力学实验获得真实的太阳翼板间铰链结构于不同激振频率下的振动响应参数,并采用力状态映射法建立板间铰链的非线性动力学模型。首先,采用单频激励信号模拟外扰对实际的板间铰链结构实施动力学实验;然后,基于其结构具有的多重非线性动力学特性,根据实验数据应用力状态映射法辨识结构的动力学参数,建立其非线性动力学模型;最后,对由太阳翼板间铰链连接的两段梁所构成的系统进行了冲击激励下的振动响应测试,同时进行了有限元动力学仿真,实验测试结果和数值仿真结果取得了较好的一致性。本文建立的太阳翼板间铰链非线性动力学模型能够较好地反映其动力学特性,对于实际太阳翼结构的动力学建模具有理论参考价值。     

基于半参数建模的弹道目标实时滤波

设计弹道目标的实时跟踪滤波器时,精确的动态建模和测量系统误差自校准是提高滤波精度的重要手段。基于补偿最小二乘原理和Tikhonov正则化定理,将难于参数化的复杂运动成分和测量系统误差表示为非参数分量,建立了基于半参数化建模的弹道递推模型和实时滤波算法,并详细设计了半参数建模时所需的光滑因子、正则化矩阵和窗口宽度等建模参数的在线选取方法。仿真实验和实际数据的计算结果表明,非参数成分可以有效地补偿状态模型误差,且可在线校准测量系统误差,显著改善弹道估计精度。算法已初步应用于实际飞行任务,其中的递推建模方法和参数选择策略对其它实时滤波器的设计同样有参考价值。     

特征定量识别的航天精密伺服机构轴承运行可靠性评估方法及应用

滚动轴承是航天精密伺服机构中的关键运动副,其可靠性常作为表征伺服机构寿命的重要指标。针对航天精密伺服机构的复杂载荷、极端环境与具体轴承个性问题,本文开展基于特征定量识别的航天精密伺服机构轴承动态可靠性评估方法及其应用研究。采用自适应标准多小波定量识别机构关键轴承运行状态特征,基于降半正态分布函数构建关键轴承运行状态特征与其隶属可靠度的映射关系,建立轴承运行状态信息的可靠性评估模型,为精密伺服机构轴承可靠性评估缺乏大样本数据和当下产品可靠度难以真实评价的工程难题开辟新途径。工程实例表明:该方法可以有效揭示试验台轴承外圈损伤所引起的运行可靠性降低的原因,并成功应用于评估某型航天精密伺服机构轴承运行状态。     

基于神经网络在线建模的非线性动态系统中传感器故障检测方法

本文提出一种基于神经网络在线建模的动态非线性系统中传感器故障检测方法，它首先利用神经网络在线建立动态非线性系统的超前一步预测模型，然后利用神经网络对传感器的预测输出和传感器实际输出之差与一预定阈值比较以检测传感器故障。本文的优点是可以检测多个传感器故障，同时由于采用在线学习方式，非常适于航天器自主系统传感器故障检测的需要。此外，故障检测阈值的选取也比较简单。为了验证本文方法，仿真了一控制系统中同时发生漂移故障的两个传感器故障检测过程。结果表明，方法十分有效。     

运载火箭返回着陆在线轨迹规划技术发展

在线轨迹规划技术作为实现可重复使用运载火箭返回着陆的关键技术,能够根据飞行状态实时计算最优飞行轨迹,从而有效应对运载火箭返回过程中内外部不确定性的影响。首先,梳理了在线轨迹规划方法的特点和研究现状。然后,阐述了美国针对在线轨迹规划技术开展的研究工作,以及其他国家航天机构针对垂直着陆制导控制技术设计的验证飞行器和验证计划。最后,结合运载火箭垂直着陆问题的特点,总结了基于数值优化的在线轨迹规划技术的研究方向。     

航天大型薄壁结构装配制造尺寸精度预测与控制方法

大型薄壁结构的弱刚性导致其在制造过程中变形是影响尺寸精度的主要因素,如何对加工和装配过程零组件的偏差场进行精确预测与控制是提升制造质量、改进工艺参数的关键。本文针对大型薄壁结构制造与装配过程偏差场特性进行研究,提出适用于航天大型薄壁产品装配过程偏差场预测与控制方法。以基本变形模式的线性组合构建大型薄壁结构空间偏差场,考虑大型薄壁结构装配过程内应力的协调变形,以零件与装配体之间基本变形模式的映射关系建立大型薄壁结构装配过程偏差场预测模型。基于零件基本变形模式对装配体偏差的贡献量化值进行薄壁结构装配过程偏差溯源,提出两步寻优方法求解零件特定基本变形模式的最优控制点集,以最优控制点集的偏差调整实现大型薄壁结构装配过程的偏差控制,为航天大型薄壁结构装配过程的尺寸精度预测与控制提供理论基础与技术指导。     

航天智能制造的思考与展望

从宇航制造面临的形势出发,分析了工业4.0中提出的智能制造理念和方法,提出了航天制造技术的发展方向,进而对航天智能制造总体规划进行了阐述,提出了CAST制造的概念,阐述了航天产业云制造、基于数据分析的自动化、基于智能化的制造服务和基于制造模式的转型发展的具体内容和实践,进而提出了利用天地一体化网络实现在轨加工与装配、空间增材制造的空间智能制造设想。     

航天产品制造工艺设计和开发过程的探索与应用

结合航天企业产品制造过程质量体系审核中出现的不符合项,本文阐述了工艺设计和开发过程对从事航天产品制造单位的重要性,分析和介绍了航天产品制造工艺设计和开发过程的策划、实施方面的内容与要求,结合企业实际提出了航天产品制造工艺设计和开发过程的控制方法和需关注的重点环节。     

基于干扰估计的航天器大角度姿态机动鲁棒次优控制

针对存在系统参数不确定与外界干扰的航天器大角度姿态机动问题,提出一种基于干扰估计的鲁棒次优控制方法。该方法通过引入总干扰的概念,将不确定参数与外界干扰对系统的影响统一为各控制通道总干扰,而后采用非线性干扰观测器实现对系统总干扰的估计;借鉴状态相关的黎卡提方程（SDRE）方法,将系统模型改写为状态相关的线性形式,并采用近似方法实现基于干扰估计的次优控制参数的在线求解。通过对航天器大角度姿态机动问题的仿真分析,校验所提方法不仅较传统SDRE方法计算效率更高,而且较大程度上提高系统对参数偏差与外界干扰的鲁棒性能。     

吸气式高速飞行器爬升-巡航轨迹在线优化

针对吸气式高速飞行器的大气层内爬升和巡航飞行段,进行了在线轨迹优化设计。与传统的爬升段结合定高定速巡航轨迹形式不同,采用优化的方法得到的轨迹能够保证性能指标的最优性。首先,将轨迹优化问题建模为非线性最优控制问题,控制量包括攻角、倾侧角以及燃油当量比。然后,对问题的非线性进行了处理,将变量进行离散化,得到凸优化问题。分析了飞行器的气动和推力特性,设计了优化变量的初始参考。最后,设计算法的外环迭代策略,将每一次求得的解作为参考轨迹进行下一次迭代计算。数值仿真结果表明,该方法能够解决吸气式高速飞行器爬升巡航段轨迹优化问题,并且求解时间满足在线轨迹优化要求。     

远程操控飞行器自适应神经网络观测器设计

针对无人飞行器远程操控系统设计时，由于远程操控飞行器动力学的非线性和飞行器控制系统性能的不确定性，无法精确建立远程操控飞行器控制系统模型的问题，提出了一种自适应神经网络状态观测器设计方法实现对远程操控飞行器的控制系统模型的估计。首先将飞行器的动力学环节与自动驾驶仪构成的闭环回路作为一个整体建立了远程操控飞行器控制系统的非线性模型。然后针对模型中存在未建模动态的问题，采用神经网络算法对非线性动力学模型进行在线辨识，并引入鲁棒项对附加扰动进行抑制。最后设计自适应律对神经网络的权值进行实时调整，保证了系统的稳定性，并基于Lyapunov理论证明了观测器的估计误差是最终一致有界的。仿真结果表明，所设计的观测器能够保证远程操控飞行器在存在未建模动态和附加扰动的情况下对飞行状态具有良好的估计性能。     

液体多模态晃动充液航天器姿态机动复合控制

主要研究多模态液体晃动时充液航天器大角度姿态机动动力学与控制问题。采用液体晃动弹簧质量等效力学模型将液体燃料前两阶液体晃动模态纳入到充液航天器耦合动力学模型中;根据动量矩守恒定律推导出充液航天器耦合系统动力学方程。针对充液航天器大角度姿态机动同时抑制燃料晃动的问题,采用自适应动态输出反馈的姿态控制方法并结合基于前馈控制的多模态ZVD输入成型器设计复合控制器。通过数值模拟给出了液体晃动响应及航天器姿态机动的时间历程图,数值仿真结果表明了本文所给出复合控制方法的有效性。     

面向任务的电推进航天器性能优化与控制

针对电推进(EP)系统的性能与任务耦合优化及控制问题,提出一种基于电推进特征参数模型的耦合优化方法。以入轨有效载荷质量转移率最优为目标,推导出化学-电推进组合任务与多模态全电推进任务的完备形式的拓展火箭方程与最优比冲(Isp)表达式,得到多模态连续电推进最优比冲的计算方法,并得到相关参数对最优比冲的影响规律。结果表明,提出的耦合优化方法与最优比冲公式对求解多模态电推进任务的最优比冲和研究电推进航天器耦合优化控制问题具有指导意义和通用性。     

MBD公差设计国际标准分析与航天产品应用展望

从分析工程设计载体的演变过程出发,引入MBD (基于模型的定义)数字化制造下的产品研制流程;从几何尺寸与公差(GDT)、技术数据包(TPD)、产品数据表达与交换(PDRE)等3个方面,解析MBD标准体系的构成;从MBD标准体系的推广历程、在单一企业以及供应链网络中的应用情况等方面研究MBD标准体系的应用现状;分析航天企业应用MBD技术的现状,提出在面向设计功能与制造能力的航天产品GPS几何公差标注方法、面向制造场景的PMI (产品制造信息)信息分包方法、面向数据跨组织自动交互的PMI数据表达方法和基于MBSE的数字化研制流程等4个方面践行MBD技术的展望。