中继卫星H∞姿态稳定控制研究

 主要研究中继卫星H_∞回路成形姿态稳定控制问题。中继卫星具有弱阻尼的柔性模态频率和晃动模态频率,并且模态频率具有不确定性,同时系统增益也存在有较大的变化。首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的结构不确定性,然后设计了H_∞回路成形控制器。在设计过程中,首先提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标;随后利用H_∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,利用ν间隔度量方法对所设计的控制器进行了降阶处理,并且对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析;最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性。     

H_∞控制理论在飞行力学中的应用

 对 H_∞ 控制理论在飞行力学中的应用进行了研究。以典型战斗机的横航向飞行机动为例,介绍了将飞行控制系统设计问题转化为标准的 H_∞ 控制问题,继而进行 H_∞ 控制器设计,以提高其机动特性的鲁棒性。采用显模型跟踪技术,飞行品质的要求包含在反映状态变量侧滑角、稳定轴角速率对指令输入响应的理想模型中,通过使理想模型输出和实际对象输出之间的加权误差最小,同时保证控制面不饱和来达到控制的目的。计算结果表明,在飞机模型气动参数存在不确定性的情况下,增广系统达到了期望的性能指标,显示出良好的鲁棒性。     

卫星光通信APT控制系统H∞设计

 捕获瞄准跟踪(APT)控制系统的设计是影响整个星间光通信系统性能的重要因素。利用指向偏差的概率分布阐述了卫星光通信过程中捕获概率、跟踪误差及误码率受卫星平台振动和终端装置参数摄动的影响,通过功率谱分析了卫星平台振动在低频段、对象不确定性在高频段对指向偏差的影响,并对其进行了模型化分析。采用H_∞控制混合灵敏度设计方法同时抑制干扰和处理受控对象不确定性问题进行控制器设计。仿真验证表明该方法得到的控制器对平台干扰具有抑制力,对对象摄动具有鲁棒性。     

航空发动机H∞/LTR控制试验验证

 用半物理模拟试验验证了多变量鲁棒控制在航空发动机中的应用,给出了航空发动机中H_∞/LTR控制模块的设计过程及注意事项。从半物理模拟试验结果可见:与LQG/LTR控制器不同,H_∞/LTR控制器能在半物理模拟试验环境下稳定控制航空发动机;H_∞/LTR控制器具有优良的噪声抑制功能;基于包线内一点设计的H_∞/LTR控制器可适用于包线内其他区域的加力与非加力状态下的爬升、加速等仿真试验,验证了H_∞/LTR方法的鲁棒性。推进了多变量鲁棒控制设计方法在航空发动机中的实际应用。     

非线性主动容错控制系统H∞模糊控制器设计

 考虑到实际主动容错控制(FTC)系统中故障以及故障检测与隔离(FDI)决策出现的随机性,用两个Markov过程分别描述系统的随机故障以及FDI的决策行为。采用Takagi Sugeno(T-S)模糊模型描述非线性主动容错控制系统,并基于并行分布补偿(PDC)方案以及线性矩阵不等式(LMI)优化技术,给出了使得闭环系统随机稳定且满足一个给定H_∞干扰衰减水平的模糊容错控制器设计方法。此外,考虑了一个次优的H_∞模糊容错控制设计问题。最后,倒车控制系统的仿真结果验证了所建议方法的有效性。     

基于H∞ 控制的非线性末制导律设计

 针对三维目标拦截问题,提出一种新的具有强鲁棒性的非线性H_∞末制导律。基于三维弹目相对运动学的非线性关系,将目标机动作为系统扰动,建立了弹目相对运动的数学模型。同时,基于零化弹目视线角速率的思想,提出一种全局非线性H_∞稳定控制策略,得到了连续的非线性末制导律。该方法利用Lyapunov稳定性理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性,并且无需求解哈密尔顿-雅可比-艾萨克斯（HJI）偏微分方程,同时也无需控制弹目相对运动速度。数字仿真表明,和比例导引律相比,这种制导律对高速大机动目标具有很强的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度。     

用于阻抗变换层的Li2O-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷制备及其微波介电特性

 采用热压和凝浇注无压烧结的方法制备了Li₂O-Al₂O3-SiO₂ 玻璃陶瓷阻抗变换层,研究表明烧结的工艺方法和参数对该玻璃陶瓷的致密度和复介电常数有很大的影响。在较高烧结温度和压力下,该玻璃陶瓷的复介电常数保持不变。降低烧结温度和压力时,能够得到一系列复介电常数在较小范围内变化的Li₂O-Al₂O₃-SiO₂ 玻璃陶瓷,但复介电常数不随频率发生变化。将该玻璃陶瓷作为吸波材料的阻抗变换层后,大幅度提高了材料的吸波性能,而且其制备工艺对吸波性能也有一定的影响,可以通过改变该玻璃陶瓷的烧结条件来满足不同吸波材料设计对阻抗匹配层的多种要求。     

镍掺杂对α-Al2O3烧结过程、微观结构及力学性能的影响

 首先采用非均相沉淀包裹法制备金属镍包裹α-Al₂O₃复合微球粉体,然后采用热压烧结制备了Al₂O₃/Ni金属陶瓷。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）对复合粉体及热压烧结产物的成分和结构进行了表征,利用阿基米德法测量了复合陶瓷的密度,分别通过三点弯曲法和单边切口横梁法对陶瓷试条的抗弯强度和断裂韧性进行评估。研究发现：金属镍的引入活化了α-Al₂O₃的烧结,镍粒子均匀地分布在氧化铝的晶界上,增加了弱界面,提高了氧化铝的断裂韧性,最高可达7.62 MPa·m^1/2。     

δ函数与C_nH_m-空气系统通用燃气热力性质表

 本文提出了一个新的热力性质——δ函数。 δ=θ₂-θ₁式中θ₁与θ₂为任意选定的两种基准燃料的θ函数。 对于C_nH_m-空气系统,δ函数只与温度有关,而与燃料氢碳比以及燃气当量比无关。借助于δ函数,编制了适用于任意燃料氢碳比（包括碳与氢）的通用燃气热力性质表。利用此表可以方便而准确地计算C_nH_m-空气系统在任意当量比下的燃气热力性质。文中给出了该表的样表。     

基于回路整型设计的多轴振动控制

 多激励多轴向振动控制试验中,在频响函数矩阵呈现病态的频率点,控制点响应的自谱和互谱往往难以达到预定参考谱目标。针对这种情况,首先在控制频段对频响函数进行拟合修正,求得系统前置补偿矩阵,然后根据 H_∞回路整型理论对驱动谱矩阵进行整型,将整型后的驱动谱矩阵代替原驱动谱进入控制回路计算。通过试验验证表明,基于回路整型设计的修正算法,能够明显地抑制某些频段内频响函数的不良影响,自谱和互谱响应都能得到比较理想的控制结果。     

Sm(CobalFe0.1Cu0.1Zr0.04)z(z=6.5~7.5)磁体的高温磁性能

 在大功率航空发电机等领域,迫切需要研制使用温度超过450 ℃的高温永磁材料。然而,NdFeB永磁材料使用温度低于80 ℃,耐高温NdFeB永磁材料的使用温度也低于150 ℃;商业2∶17型Sm₂Co₁₇永磁体使用温度范围低于300 ℃。近年来,研制使用温度超过450 ℃的高温永磁材料成为该领域研究的热点问题。本文用粉末冶金的方法,制备了不同z值的Sm(Co_balFe_0.1Cu_0.1Zr_0.04)_z(z=6.5~7.5)合金样品。系统研究了z值对合金结构、磁性能的影响规律。室温下z=7.3的合金矫顽力最大,超过2 400 kA/m;773 K时,z=7.1的合金矫顽力最大,达到640 kA/m。高温条件下合金的磁性能和退磁曲线的方形度降低。合金z值对内禀矫顽力温度系数影响显著,其中z=6.9的合金,内禀矫顽力温度系数最低,仅为-0.052%/℃,z≤6.7或z≥7.1时,均导致内禀矫顽力温度系数增大。     

气动伺服弹性系统不确定性建模与鲁棒稳定性

 气动伺服弹性系统在不确定性摄动下的鲁棒稳定性问题对于带有自动控制系统的弹性飞行器是非常关键的。利用线性分式变换形式,考虑参数和非参数不确定性的摄动,如广义刚度、广义质量、广义非定常气动力以及伺服系统的不确定性摄动,由各子系统到整个闭环系统依次建立气动伺服弹性的状态空间模型,并应用结构奇异值μ方法分析了系统的鲁棒稳定性。两个算例表明了该建模方法的方便适用以及μ方法在气动伺服弹性鲁棒稳定性分析中的应用前景。     

K_(Imax)<K_(Iscc)时30CrMnSiNi2A钢的腐蚀疲劳与失效机理

 应用电化学-断裂力学方法研究了30CrMnSiNi2A钢在室温模拟潮湿大气（H₂O）及海洋大气（3.5％NaCl）环境中低K范围内不同电位下的疲劳裂纹扩展特性。通过动力学及断口分析,提出在K_ImaxIscc范围内高强度钢可发生循环应力腐蚀开裂,其湿腐蚀疲劳失效机理应是裂尖局部阳极溶解与氢脆共同作用,且两者对△K_th及da/dN的意义不同,从而对以往高强度钢湿腐蚀疲劳的纯氢脆模型作出修正。     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

磁悬浮高速转子系统双频Bode图稳定性分析方法研究

 对于具有强陀螺效应的磁悬浮高速转子系统，转子进动和章动的稳定性是决定系统稳定性的首要因素。为了实现直观鲁棒的进动和章动稳定性设计，针对对称磁悬浮转子系统提出一种基于双频Bode图的进动与章动稳定性分析方法，通过复数变换将实系数双变量转子动力学模型等效为复系数单变量形式，绘制等效开环传递函数的负频和正频Bode图，采用推广的经典频率域稳定性判据进行稳定性判定和稳定裕度分析，为稳定性设计提供了重要基础。实验结果验证了该方法的有效性。     

关于压气机喘振判据可应用性的数值实验

 当压缩系统的工作点到达不稳定边界时,会产生旋转失速。但究竟在系统中仅仅是旋转失速或是进一步引起喘振,这在理论上和实际问题中都是值得研究的课题。Greitzer建立了一个非线性模型,以描述压缩系统的气动力学,从而提出了判别压缩系统喘振/旋转失速的一个无因次参数,叫B参数,（其中U为叶片的圆周线速度,a为音速,V_p为气压室容积,A_c和L_c为压气机的当量面积和当量长度）。当系统的B值大于某一临界B值(B_cr)时,系统会发生喘振;否则系统仅产生旋转失速。     

航空发动机结构参数和非结构参数不确定系统鲁棒H∞输出反馈控制

分析了航空发动机混合不确定性系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能;引入结构奇异值μ综合法,研究了结构参数和非结构参数混合摄动下的鲁棒H∞输出反馈控制;对航空发动机不确定性系统设计的控制器在双转子涡喷发动机气动热力学非线性模型上。      

高阶柔性结构系统振动控制中加权函数的选择

 总结了混合灵敏度H_∞控制算法中加权函数阵的选择方法,提出了一种新的选择加权函数矩阵的思想。以某悬臂梁为研究对象,将混合灵敏度H_∞控制方法应用在高阶柔性结构的振动主动控制问题中,完成了两输入两输出结构振动控制的控制器设计和算法仿真。结果表明,通过本方法选择加权函数矩阵,可在满足鲁棒稳定性的前提下,使外部干扰得到有效抑制,减振效果良好。     

利用遗传算法和LMI设计固定结构H2/H∞飞行控制律

 在设计飞翼式无人机(UAV)的横航向飞行控制系统时,为了使无人机具有较好的动态特性和阵风抑制能力,同时又便于工程实现,提出了固定结构的H₂/H_∞控制律设计方法。对于由此遇到的双线性矩阵不等式(BMI)问题,先用线性矩阵不等式(LMI)方法得到控制律参数和H₂/H_∞性能指标的映射关系,再用此映射关系作为适应度函数,用改进的遗传算法求解使H₂/H_∞性能最优的控制律参数。仿真结果表明,使用固定结构的H₂/H_∞控制方法的无人机动态响应迅速平滑,在侧风干扰下的滚转角振荡幅值仅是原经典控制方法的一半。     

使用变速控制力矩陀螺的航天器鲁棒自适应姿态跟踪控制

 研究以变速控制力矩陀螺群（VSCMGs）为执行机构的航天器姿态跟踪问题。采用四元数描述姿态, 在姿态误差的描述中引入了现时姿态与期望姿态之间的方向余弦矩阵。考虑执行机构模型参数不确定和有外干扰的情况, 姿态误差动力学方程为多输入多输出(MIMO)的非线性系统。基于Lyapunov理论设计了鲁棒自适应控制器, 运用光滑投影算法避免了估计参数陷入奇异。仿真结果表明, 设计的鲁棒自适应控制律明显地缩小了姿态跟踪误差, 很好地解决了外部环境干扰和执行机构由于安装误差或机械磨损造成的轴承方向未对准的问题。