座舱温度控制系统分析与探讨

本文首先推导延迟负反馈振荡线性化的数学模型。分析了预感电桥在系统中的作用。对目前舱温控制系统抗干扰性能提出改进方案。为解决增加预感电桥时间常数引起体积增大的矛盾,提出新的预感电桥设计思想,从而获得具有理想特性的预感电桥。     

考虑流固耦合作用的一维供应管路-喷嘴系统动力学特性

为了更加深入地研究供应管路-喷嘴系统的动态特性,在喷嘴动力学理论的基础上,建立了考虑供应管路流固耦合作用的传递矩阵组合计算模型。针对三种典型液体火箭发动机喷嘴与一维供应管路组成的系统,开展了两端固定边界的系统动力学特性数值模拟。结果表明:管路结构谐振与管内流体谐振所导致的喷嘴出口位置流体速度振荡量级相当,管路流固耦合作用对系统动态特性的影响不能忽略;管路结构谐振是造成其固定位置应力的频率响应幅值较高的主要因素;当流体与结构的谐振频率接近时,会产生一个大带宽、高幅值的应力耦合振荡区间,随着管壁厚度的增大,耦合振荡的带宽也随之增大;对于文中算例,流固耦合作用对流体谐振造成的系统振荡具有约5%的降频作用。     

“人一舱”热力学数学模型

 本文将互相关联的人与座舱环境组成一个大系统,建立了人-舱动态热力学数学模型。模型所用数据系由实验所得,经验公式亦为实验所验证,因而模型具有较高的可靠性。 运用人-舱动态数学模型可以预测飞行员在各种飞行条件下的多种热生理指标,并进而合理确定或检验空调系统的冷却（或加温）能力及各种性能参数。     

飞机座舱温度控制系统动态特性研究

座舱温度状态是影响飞行员工作效率的经常性和主要因素之一。我国目前研制和使用的大多数飞机,座舱温度动态性能差。本文在理论分析和试验的基础上建立了座舱温控系统的数学模型;借助电子计算机并运用自动控制理论计算和模拟了温控系统的动静态特性;系统地分析了各参数对系统动态性能的影响,并给出一组较好的参数组合;探讨了系统的改进方案并给出计算和分析结果。     

飞机环控系统供气温度、流量和湿度对座舱热负荷的影响

 将歼击机前机身置于电辐射加温器内,当座舱盖温度达６０℃,飞机座舱驾驶杆周围温度稳定在４０℃时,座舱空气调节系统使用不同的供气温度、供气流量、含湿量进行通风降温,观察对座舱温度和人体温度参数的影响。供气温度与座舱三球温度指数（ＷＢＧＴ）和座舱平均舱温（Ｔｄｂ）呈正相关。供气流量３００ｋｇ／ｈ降温效果优于２５０ｋｇ／ｈ。供气温度与２０ｍｉｎ时的平均皮肤温度下降值（ΔＴｓｋ）呈负相关。供气温度高,人体出汗量高,人体热反应明显。ＷＢＧＴ３０℃,使用０℃供气温度在短时间内可使座舱温度和人体Ｔｓｋ降至工效区范围,多数指标可满足国家军用标准的要求。     

高原型民用飞机压力高度告警值设置及等效安全研究

民用飞机座舱压力调节系统的设计必须满足CCAR 25.841b(6)条款增压座舱的要求,但对于需要满足高原机场起降构型的商用飞机来说,如果按照10000ft告警值进行设计,在高原机场起降时持续不断的座舱压力高度告警将会对飞机机组人员造成很大的困扰。通过对座舱压力高度告警进行等效安全设计,提出一种虽不能字面满足适航CCAR 25.841b(6)条款要求,但是能够提供等效安全水平的方法。     

喷前压力脉动对撞击式喷嘴雾化特性的影响

为研究液体火箭发动机供应系统压力脉动对撞击式喷嘴雾化特性的影响,进行了撞击式喷嘴的动态雾化实验。通过脉动装置在喷嘴供应系统上施加不同频率和幅值的周期性压力脉动,利用两套高速摄影系统分别获得了动态雾化图像和雾场横截面上的散射光强,以此分析了撞击式喷嘴对喷前周期性压力脉动的响应频率和响应幅值范围及其对平均雾化角度的影响。结果表明,在研究的脉动频率范围内(0~4050Hz),当喷前压力脉动幅值大于某一阈值后,雾化出现了明显的周期性质量聚集现象,其频率与喷前压力脉动的频率相同。脉动幅值增加,散射光强度的振荡幅值也增加,参与混合燃烧过程的介质流量振荡幅值加剧。平均雾化角度受脉动频率和幅值的影响都较小,变化范围处在均值的±4%以内。     

燃烧室压力振荡对液-液同轴离心喷嘴混合比的影响

基于液体喷嘴动力学理论,对燃烧室压力振荡引起同轴喷嘴混合比振荡的动态过程进行了理论分析,推导得到了混合比振荡与燃烧室压力振荡之间的传递函数。通过算例计算了液氧煤油双组元喷嘴混合比对室压振荡响应的传递函数的幅频特性。结果表明：混合比振荡幅值随着振荡频率的增加呈现先增加,后减小的趋势。传递函数值随供应系统压力的升高而增大,随喷嘴压降的升高而减小。混合比振荡最大幅值所对应的频率不随供应系统压力和喷嘴压降变化而改变,说明此频率是由双组元喷嘴的特性决定的。     

空天飞行器整体式救生座舱的稳定减速与分离特性数值模拟

整体式密闭救生座舱方案将座椅与驾驶舱进行整体设计，弹射后具有独立的气动型面，在包含亚声速、跨声速、超声速甚至高超声速等非常宽广的速度范围可以更好地保护飞行员免受高速气流的吹袭，是空天飞行器救生系统设计的重要途径之一。针对整体式救生座舱，首先开展基本静态气动性能数值模拟评估；之后采用一种刚性减速伞增稳方案（整体式座舱+减速伞）对其稳定性和减速效率进行改进；最后采用动态重叠网格方法，对整体式座舱+减速伞构型的近机弹射轨迹特性开展动态数值模拟计算，从而获得该构型在抛投过程中的稳定性和安全性。研究结果表明，单独整体式救生座舱难以具备静稳定性；减速伞方案可大幅改善座舱的稳定性能，使座舱在Ma=0.3~4.0范围内均具有静、动态稳定性，并呈现亚声速时随马赫数升高而增强、超声速时随马赫数升高而减弱的变化规律，且高马赫数（Ma=4.0）工况可通过降低飞行高度以增加动压的方式进一步提升座舱的动稳定性；在宽速域范围内，整体式座舱+减速伞构型经过弹射力和火箭推力的辅助作用，能够实现与机体的安全分离，并且分离后其俯仰振荡姿态均具有收敛特性。     

座舱蒙皮外表面气动加热的物理仿真研究

座舱蒙皮外表面气动加热的物理仿真是座舱热特性试验研究的重要基础。把平行射流理论应用于座舱蒙皮外表面气动加热的物理仿真,提出了气动加热物理仿真的新方法。该方法能够满足座舱动态热特性物理仿真的需要,且在人力、物力上较省。提出了用数学仿真控制座舱热特性试验的方法。这些方法已成功地应用于飞机座舱热载荷和热特性试验中。     

2.4m跨声速风洞流场预测自抗扰控制

针对2.4 m跨声速风洞总压和马赫数控制具有强耦合、时滞、系统参数摄动和外界干扰不确定性等特点，设计了预测自抗扰控制。采用自抗扰控制（ADRC），将总压和马赫数两个通道之间的耦合、流场建模误差、系统的参数摄动和外界干扰等视为总干扰，通过扩张状态观测器（ESO）将总干扰估算出来并进行前馈补偿，一方面可以实现总压和马赫数的解耦控制，另一方面提高了流场的抗干扰能力。同时使用Smith预估器得到系统无时延输出并将其反馈至扩张状态观测器，加快其收敛速度，从而提高控制系统的性能。仿真结果表明，该控制器能够很好地实现总压和马赫数的解耦，并且具有良好的动态特性、抗干扰能力和鲁棒性。     

Robust fault-tolerant attitude control for satellite with multiple uncertainties and actuator faults

In this paper, the satellite attitude control system subject to parametric perturbations, external disturbances, time-varying input delays, actuator faults and saturation is studied. In order to make the controller architecture simple and practical, the closed-loop system is transformed into a disturbance-free nominal system and an equivalent disturbance firstly. The equivalent disturbance represents all above uncertainties and actuator failures of the original system. Then a robust controller is proposed in a simple composition consisting of a nominal controller and a robust compensator. The nominal controller is designed for the transformed nominal system. The robust compensator is developed from a second-order filter to restrict the influence of the equivalent disturbance. Stability analysis indicates that both attitude tracking errors and compensator states can converge into the given neighborhood of the origin in finite time. To verify the effectiveness of the proposed control law, numerical simulations are carried out in different cases. Presented results demonstrate that the high-precision attitude tracking control can be achieved by the proposed fault-tolerant control law. Furthermore, multiple system performances including the control accuracy and energy consumption index are fully discussed under a series of compensator parameters.     

A composite disturbance observer and H_∞ control scheme for flexible spacecraft with measurement delay and input delay

In this paper, the attitude control algorithm of flexible spacecraft with unknown measurement delay and input delay based on disturbance observer is designed. The influence of measurement delay and input delay on the attitude control system and disturbance observer is analyzed. The disturbance estimation error equation is transformed into a differential system with a pure delay. Then, the observer gain is chosen based on the 3/2 stability theorem to ensure the stability and disturbance attenuation performance of the pure delay system. Next, the controller gain is designed based on the Linear Matrix Inequality(LMI) approach to guarantee the stability of the composite system and achieve H_∞ performance with two additive delays. The simulation results show that the proposed method can improve the anti-disturbance ability of the attitude control system.     

高超声速飞行器强鲁棒自适应控制器设计新方法

针对高超声速飞行器飞行过程系统参数大范围剧烈变化以及存在严重不确定性的特点,同时考虑外界环境干扰复杂,内部干扰严重的特殊问题,提出了一种新型强鲁棒自适应控制器构型。该新型强鲁棒自适应控制器将控制器分为标称控制器和补偿控制器。标称控制器可采用成熟的控制理论来设计,主要考虑闭环系统的性能;采用合适的手段估计系统参数大范围剧烈变化、系统的不确定性以及内、外部干扰等“系统扰动”作为补偿控制器的输入,通过设计强鲁棒补偿控制器对“系统扰动”进行补偿,使整个闭环控制系统对“系统扰动”具有强鲁棒性。将新型强鲁棒自适应控制器应用于高超声速飞行器的姿态控制系统的设计,大大提高了高超声速飞行器控制系统对内、外部干扰的抑制和对系统参数大范围剧烈变化以及严重不确定性的适应能力,可满足高超声速飞行器飞行控制的需求。     

基于LADRC的无人直升机轨迹跟踪

无人直升机轨迹控制系统是对多输入/多输出强耦合非线性系统进行解耦控制的系统。为解决无人直升机轨迹控制效果依赖于直升机物理参数的测量和辨识精度以及外部扰动大小问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的多回路无人直升机轨迹控制系统。首先建立无人直升机X-Cell的飞行动力学模型,并引入风切变、大气紊流和突风模型以更加准确模拟真实飞行环境;然后对X-Cell进行配平计算以验证动力学模型和配平算法的准确性,并选取一组配平值作为轨迹控制仿真的初始状态和操纵量;随后根据被控量的动力学方程阶次选取对应的一阶和二阶LADRC基本控制器,并结合时间尺度原理,自内向外依次构建无人直升机的姿态、速度和位置控制回路,将三回路串联从而建立了无人直升机轨迹控制系统;而后进行了稳定性分析,特征根计算结果表明轨迹控制系统镇定了X-Cell开环系统不稳定的动态特性;最后将该控制系统应用于各种扰动下直升机轨迹跟踪仿真,结果表明本文无人直升机轨迹控制系统能很好地实现带爬升率的"8"字形轨迹跟踪,且相比于基于比例积分和微分(PID)控制的轨迹控制系统,该控制系统具有更优的鲁棒性和抗扰性。     

基于死区补偿的氧调器平稳切换自抗扰控制

歼击机中供氧系统内的氧气气压调节系统（氧调器系统）对飞行员的飞行质量至关重要。但是氧调器系统易受飞行环境和飞行员呼吸状态等因素的影响,而且氧调器所用阀门大多含有死区,会给控制系统带来稳态误差,导致控制难度增大,一般的控制策略难以兼顾补偿较大死区和抗扰两个条件。针对此问题,建立了基于音圈电机驱动阀的氧调器系统模型,并针对模型死区特性采用了死区补偿和双限幅模块,设计了基于死区补偿的平稳切换自抗扰控制策略。仿真及对比结果表明：采用同一套控制参数,可以使氧气面罩内压强在各个呼吸频率时有效,并快速地控制在呼吸阻力容许界限以内;并且其呼吸阻力低于将死区看作扰动的一般自抗扰控制（ADRC）。同时,验证了此策略的鲁棒性和抗扰性。     

基于极值搜索的四旋翼无人机自抗扰控制

为了提高四旋翼无人机飞行过程中的抗干扰能力,提出了基于极值搜索算法的自抗扰控制技术。首先,建立了四旋翼无人机非线性数学模型;然后,设计了基于极值搜索的自抗扰控制器,对无人机的位置和姿态进行控制;同时,设计扩张状态观测器估计系统内部及外部总扰动,对系统扰动进行补偿。仿真结果表明,所提方法不仅能抑制外界干扰,而且能显著改善飞行控制系统的瞬态性能和稳态性能。     

Adaptive fuzzy terminal sliding mode control for the free-floating space manipulator with free-swinging joint failure

Space manipulator with free-swinging joint failure simultaneously contains kinematic and dynamic coupling relationships, so it belongs to a new underactuated system. To allow the manipulator to carry on tasks, an effective robust underactuated control method for the space manipulator with free-swinging joint failure is studied in this paper. Considering the effect of model uncertainty and joint torque disturbance, a robust underactuated control system based on the Terminal Sliding Mode Controller (TSMC) is designed, but two drawbacks are discussed: (A) Robustness depraves with eliminating chattering. (B) Control parameters are difficult to be determined under unknown uncertainty and disturbance. To improve the TSMC, the adaptive fuzzy controller is introduced to estimate the real effect of unknown uncertainty and disturbance according to deviations of sliding mode and its reaching law. The estimated result is directly compensated into active joints torque. In simulation, the space manipulator with free-swinging joint executes tasks based on the TSMC and the Adaptive Fuzzy Terminal Sliding Mode Controller (AFTSMC) respectively. Same tasks can be finished with smaller joints torque and stronger robustness based on the AFTSMC. Therefore, AFTSMC can serve as an effective robust control method for the space manipulator with free-swinging joint failure under unknown model uncertainty and torque disturbance.     

一种实现干扰补偿的控制策略

提出了一种实现系统干扰补偿的控制策略。针对无界斜坡干扰情况，通过构造一个系统输出并为其设计观测器，实现了对状态和干扰的同时估计，并将干扰的估计量引入到控制律当中，从而实现系统对干扰的补偿控制。仿真结果验证了这一方法的有效性。