无人驾驶直升机设计的主要载荷研究

论述无人驾驶直升机设计的主要载荷研究问题。（１）设计规范研究：主要讨论国内外无人直升机尚无设计规范的情况下，载荷问题的处理与应用；（２）静强度载荷研究：通过机体结构强度计算及全机静力试验，论及静载荷下全机的强度与刚度品质；（３）全机振动特性与响应研究：通过机体动力特性计算，动力特性试验及振动水平测试论及全机振动与响应特性；（４）着陆载荷研究：通过撬式起落架功量计算分析，落震试验论及全机着陆载荷特性     

某型飞机客舱座椅人体振动舒适性评价研究

针对某型飞机客舱座椅区域振动过大的问题,开展人体振动舒适性评价研究。依据国际标准ISO2631对飞机客舱座椅人体振动舒适性进行评价;同时,建立人体振动舒适性试验平台,以飞机客舱座椅实测振动数据为基础,研究频率、振幅等参数对人体振动舒适性影响。结果表明200Hz以下是引起人体不适的主要原因,为飞机客舱减振设计提供依据。     

某型飞机局部结构改装振动响应增量预估

研究了某型飞机局部结构改装振动响应增量预估问题，根据对原型飞机和改装结构－加装天线罩的分析，提出了振动响应增量预估的分析原理，方法与技术路径，即以天线罩引起的气动载荷为输入，以天线罩及周围机身为受激对象，计算或测量天线罩上及机身内外某些点的振动响应增量。为此，本文通过缩尺模型的吹风试验，测量了天线罩上的脉动气动载荷，通过地面振动测量，测量了改装结构的频响函数，并进行了计算预估与模拟加载响应测量预估     

主、被动振动控制一体化理论及技术(Ⅰ)--导论

本文是系列讲座的第一篇。针对工程中复杂结构的振动控制问题，本文以一个典型的航天结构为例，对振动控制一体化理论和技术的基本概念进行了介绍，以解决振动控制技术在复杂结构中实现的问题。对各种振动控制策略、控制材料和器件进行了讨论和比较，并对振动控制一体化策略实现中遇到的问题进行了分析，包括控制律中的鲁棒控制，作动器和传感器的优化配置问题，智能材料在振动控制中的应用，特别强调了杂交阻尼在结构减振中的重要作用。探讨了控制机理、优化设计以及智能结构的发展和研究目标，指出振动控制的研究必须与具体工程问题结合，强调试验的重要性，建议建立合作研究的标准化验证模型，促进振动控制一体化理论和技术的发展。     

叶盘结构振动应力数值预测方法研究

给出了叶盘结构振动应力数值预测方法。首先计算了协调叶盘结构在设计转速下、气动力作用下的振动应力,然后根据错频方案,研究了叶盘振动特性,对其振动应力进行预测,并对不同错频方案的计算结果进行了对比分析。认为错频对振动应力的影响正比于其对振动位移(振幅)的影响,可以从系统最大位移的角度来评估叶盘转子失效的风险。     

系统级产品振动试验仿真

本文利用有限元建模技术，建立了振动台、试验夹具、系统级产品精细的有限元模型，对各部件模型进行了振动特性计算，并通过部件模态试验和振动试验结果及总体综合分析相结合的方法对有限元模型进行了多次修正，得到了总体有限元模型。根据此模型进行了产品的振动试验仿真，并用试验结果对仿真结果进行了验证，验证结果表明系统级产品振动试验仿真结果与振动台试验实测数据是具有可比性的，振动响应的均方根值误差基本上小于lO％，功率谱曲线趋势近似，误差在工程允许的范围内。     

管路结构振动载荷设计与评估技术

基于等效加速度均方根开展管路结构载荷分析理论和方法研究。提出了由结构振动响应功率谱密度直接获取其单模态区域均方根值的等效白噪声激励的简化计算方法,为管路结构载荷分析的过程中实测数据的快速处理提供了依据。文章最后通过实际算例证明了等效载荷分析及其计算方法的有效性,该方法对管路结构载荷设计与评估具有重要的指导意义。     

低速风洞试验模型轻量化设计

风洞试验模型的设计和制造直接关系到风洞试验数据的准确性，对飞行器研制的周期和成本具有重要的影响。对低速风洞试验模型进行轻量化设计是获得可靠风洞试验数据和降低风洞试验成本的关键环节。采用复合材料蒙皮加框梁及增材制造结构，以某民机模型为研究对象，开展整体化、轻量化设计，应用有限元分析软件对设计结果进行强度校核和振动分析。结果表明，通过优化设计，与传统金属模型相比，模型设计重量降低50%以上；机翼采用复合材料蒙皮和复合材料加强筋结构，其强度可满足设计要求；对异形零件进行面向增材制造的轻量化设计，与基于复合材料制造的设计相比，可减重20%，制造周期缩短50%以上；模型轻量化设计后可提高模型-支撑系统固有频率。     

NF-6风洞洞体有限元计算与水压试验

简要介绍了西北工业大学翼型研究中心NF-6高速增压连续式风洞洞体基于有限元方法的应力应变静态和动态特性分析,并与风洞水压试验结果进行对比。结果表明,有限元计算中所采用的结构和边界条件简化方法合理可行,在数量级和变化趋势上,实测点和对应计算点的应变值比较一致,最大应力在材料的许用应力之内,实际风洞洞体及支撑是安全的,风洞的前三阶振动模态分析为风洞的安全运行提供了参考依据。     

含橡胶隔振器振动系统动态特性研究

以APU隔振器为研究对象,提出采用五参数分数导数建立橡胶隔振器本构模型。推导了含橡胶隔振器振动系统的非线性动力学有限元方程式。分析了隔振器结构参数变化对传递率特性的影响。研究结果表明:文中的数值计算方法能更好地预测含橡胶隔振器振动系统的动态特性。     

An Improved Nonlinear Dynamic Inversion Method for Altitude and Attitude Control of Nano Quad-Rotors under Persistent Uncertainties

Nonlinear dynamic inversion(NDI)has been applied to the control law design of quad-rotors mainly thanks to its good robustness and simplicity of parameter tuning.However,the weakness of relying on accurate model greatly restrains its application on quad-rotors,especially nano quad-rotors(NQRs).NQRs are easy to be influenced by uncertainties such as model uncertainties(mainly from complicated aerodynamic interferences,strong coupling in roll-pitch-yaw channels and inaccurate aerodynamic prediction of rotors)and external uncertainties(mainly from winds or gusts),particularly persistent ones.Therefore,developing accurate model for altitude and attitude control of NQRs is difficult.To solve this problem,in this paper,an improved nonlinear dynamic inversion(INDI)method is developed,which can reject the above-mentioned uncertainties by estimating them and then counteracting in real time using linear extended state observer(LESO).Comparison with the traditional NDI(TNDI)method was carried out numerically,and the results show that,in coping with persistent uncertainties,the INDI-based method presents significant superiority.     

不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪

研究了一类具有参数不确定性和外界干扰的仿射非线性系统鲁棒输出跟踪控制问题。首先利用微分几何理论中的输入输出反馈线性化技术钭不确定线性系统通过一非线性状态变换化为线性化规范形，然后利用变结构控制的思想提出了一种基于标称系统和不确定性范数界的鲁棒输出跟踪控制器设计方案，并用李雅普诺夫稳定性理论证明了利用本文设计的跟踪控制器可保证闭环系统是有界稳定的，且稳态输出跟踪误差为零。由于所设计的跟踪控制律连续，克服了常规变结构控制方案可能引起的高频抖振现象。将本文结论应用于一空间飞行器的姿态跟踪控制问题，仿结果表明了该设计方法的有效性。     

一类具有时变参数不确定非线性系统的鲁棒控制

利用李亚普诺夫函数递推设计方法对一类含有未知时变参数不确定和干扰的非线性系统进行了控制器设计，所设计的控制器对于所有允许的不确定可保证闭环系统状态一致有界并收敛到一个紧集。文中给出了鲁棒控制器的设计算法及系统稳定的充分条件，并讨论了当不确定被看作系统的输入时，闭环系统具有ISS特性。因而，本文提出了一种克服不确定造成系统不稳定的方法，最后给出了一个仿真算例。仿真结果表明了所设计的控制器的有效性和较强的鲁棒性。     

Adaptive Backstepping Control for Hypersonic Vehicles with Actuator Amplitude and Rate Saturation

This paper presents a constrained control strategy for the hypersonic vehicle with actuator amplitude,rate constraints and aerodynamic uncertainties. First,a vehicle-actuator control model is derived in consideration of actuator dynamics properties explicitly. Second, a nonlinear disturbance observer is designed to estimate the aerodynamic uncertainties, and then an adaptive backstepping control technique is adopted with a modified first-order-filter to eliminate the"explosion of terms"problem. Next,for handling the actuator amplitude and rate constraints,a novel auxiliary compensation system is constructed to generate quickly compensating signals to ensure tracking performance of command signal. By the Lyapunov stability proof,the proposed control scheme can enssure that the tracking errors converge to an arbitrarily small neighborhood around zero when the actuator constraints and aerodynamic uncertainties exist. Finally,numerical simulations are implemented to illustrate the effectiveness of the proposed control method.     

基于鲁棒自适应控制策略的混合型步进电机低速伺服控制性能

针对混合型步进电机低速运行状态下脉动转矩较大的特点,应用鲁棒自适应控制策略来设计其低速伺服控制器,以实现高精度的跟踪控制性能.首先,根据混合型步进电机转矩形成的机理,揭示了其固有的脉动转矩对低速运动控制产生不利影响的动力学特征,并将它归结为两种结构不确定性,便于控制器的设计;其次,采取标准的自适应控制及其鲁棒化设计思想,借助于μ-修整策略来实现相应的控制律,确保脉动转矩的最大化补偿及伺服系统低速跟踪控制满足高性能的要求;最后对所建立的低速跟踪控制系统的性能进行了试验评估,并与作者前期的工作进行了比较,试验结果验证了其有效性与可行性.     

强稳定鲁棒离散控制系统设计

基于李雅普诺夫稳定性理论，对采用观测器状态反馈设计的离散控制系统，提出了一种针对传感器全部失效情况下的强稳定系统设计方法和步骤，并探讨了系统具有参数摄动时情况。仿真实例证实了该方法的有效性。     

改善测试转台速率平稳性的鲁棒重复控制

提出一种鲁棒重复控制方法用来提高无刷直流电机驱动测试转台的速率平稳性.该方法以互补的方式综合了变结构控制律和重复控制律.变结构控制律可以有效地镇定系统,并抑制非周期性扰动和噪声等不确定性因素,同时保证了重复学习过程的收敛性;而重复控制律可以进一步消除稳态时存在的速率波动.本文讨论了一般的非线性系统模型.该模型可看作是无刷直流电机数学模型的扩展.Lyapunov直接法证明了闭环系统的全局稳定性和跟踪误差的渐近收敛性.仿真结果表明,该鲁棒重复控制方法明显地改善了测试转台速率系统的平稳性.     

基于区域极点配置的不确定线性系统可靠跟踪控制

针对一类不确定性不满足匹配条件的不确定线性系统．提出了考虑执行器故障的可靠跟踪控制器的设计方法。在更一般、更实际的执行器故障模型的基础上,根据区域极点配置理论．给出了系统输出信号渐近跟踪参考输入信号的可靠跟踪控制器存在的充分条件。通过求解线性矩阵不等式(LMI)完成状态反馈可靠控制器的设计．从而使系统的输出信号不仅能稳定地跟踪参考输入信号．而且能满足要求的动态特性。最后,利用仿真实例验证了本文设计方法的可行性。     

高超声速飞行器自适应抗饱和再入控制

高超声速飞行器（Hypersonic vehicle,HSV）再入过程中易发生舵面饱和现象,并且其动力学模型具有强烈不确定的特征,这导致其姿态控制系统的设计极富挑战性。针对舵面受限的非线性控制问题,提出外部Anti windup系统结合二阶Terminal滑模控制律的设计方法,能够实现对气动舵面饱和的控制补偿,使HSV快速平稳地跟踪指令信号。其次,针对HSV的强不确定控制问题,提出自适应滑模干扰观测器（Adaptive sliding mode disturbance observer,ASMDO）的方法来对再入气动参数不确定及强外界干扰进行估计,此方法无需干扰界已知且学习参数少,适合实时控制。最后, 再入姿态控制的仿真结果表明了该控制方法的有效性和强鲁棒性。     

Nonlinear Control Method for Hypersonic Vehicle Based on Double Power Reaching Law of Sliding Mode

The intelligence nonlinear control scheme via double power reaching law based sliding mode control method is proposed to solve the problems of model uncertainties and unknown outside disturbances.Firstly,the aerodynamic parameters of the morphing vehicle are replaced with curve-fitted approximation to build the accurate model for control design in the hypersonic flight.Then the nonlinear vehicle model is transformed into the strict feedback multi-input/multi-output nonlinear system by using the input-output feedback linearization approach.At the same time,the disturbance observer is used to approximate the unknown disturbance,and the sliding mode method is used to solve the problem of non-matching and uncertainty.Finally,according to the buffeting problem in sliding mode control,the double power is improved.Simulation results show that the proposed method can ensure the global stability of the closed-loop system,and has good tracking and robust performance.