X射线脉冲星信号时延的实时估计方法

针对在频域内计算X射线脉冲星信号延时量存在滞后性,进而难以为航天器自主导航提供实时信息的问题,提出将脉冲星信号延时估计转化为时域内标量估计的方法。首先,通过人工神经智能网络获得脉冲星信号的标准轮廓函数作为状态方程;应用粒子滤波算法对脉冲星信号延时量进行实时估计;其次,为了避免标准粒子滤波器中的粒子退化现象,推导并证明了一种新型粒子滤波算法;最后,推导出粒子滤波算法的精度函数,为航天器的导航策略提供参考。以航天器在轨运行中可能遇到的3种情况为背景,验证了所提粒子滤波算法的正确性与有效性。     

智能旋翼基于陷波器的振动载荷抑制算法

智能旋翼为直升机减振降噪提供了一条极具发展前途的技术途径。本文研究了一种用于智能旋翼减振的连续时域控制算法,该控制算法主要由陷波器和通道增益两部分组成,对每一个控制反馈通道,将产生两路状态信号,系统减振效果取决于两个状态通道增益的比值。控制仿真结果显示,该控制算法具有出色的减振效果,并对随机噪声和谐波干扰信号都具有较强的抑制作用,为了抑制4Ω旋翼桨毂振动载荷,所需的后缘襟翼控制量是3Ω/4Ω/5Ω多谐波组合输入。相较于经典的离散频域高阶谐波控制算法,该算法是一种连续时域控制算法,可大幅加快控制系统的收敛速度,与此同时,在非平稳的直升机飞行状态下,也具有更佳的减振效果。     

基于几何设计法的航空发动机有限频域稳态抗扰控制器设计

传统发动机稳态抗扰控制器在设计时,控制性能指标未能充分考虑被控对象及干扰信号的典型特征,如可作为反馈用的传感器和执行机构数量有限、干扰能量只集中在有限频域等因素,往往抗扰控制器设计的较为保守,并不总能获得满意的抗扰性能。本文提出一种可以在有限频域内采用几何图解法进行性能改进的稳态抗扰控制器设计方法“几何设计法”,该方法可以直观地在复平面上定义闭环系统各输出量在有限频域内的控制性能指标以及控制量在受限情况下的系统抗扰性能极限,从而使用图解法的形式来解决有限频域抗扰控制器的求取问题。仿真结果表明,发动机在巡航稳态工况下,面对能量主要集中在2～16 rad/s有限频域的大气湍流马赫数干扰时,基于几何设计法设计的抗扰控制器相比传统混合灵敏度H∞控制器,风扇折合转速抗扰百分比提升30%以上的同时,推力抗扰百分比提升了15%以上。     

电控旋翼低频面内谐波噪声主动控制试验

为降低旋翼低频面内谐波噪声,以电控旋翼(ECR)综合试验系统为平台,开发了相应的噪声测试与控制系统,并提出了电控旋翼噪声频域自适应主动控制方法。在此基础上,开展了悬停状态下的低频面内谐波噪声闭环主动控制试验。试验中,襟翼控制频率为10Hz以桨尖平面内传声器所测噪声作为闭环反馈,另两个位置处传声器所测噪声作为监测量,同时对桨毂位置处的振动水平进行监测。施加主动控制后,控制系统历时约5s达到稳态,收敛速度较快且收敛过程无明显超调;最大可降低桨盘平面传声器位置处的低频面内谐波噪声为9.4dB,桨毂位置处旋翼通过频率振动水平则略有增大。试验结果表明该噪声测试与控制系统可有效实现电控旋翼低频面内谐波噪声控制,同时也验证了频域自适应算法用于减小低频面内谐波噪声的可行性及有效性。      

小波分析在飞机振动飞行测试数据分析中的应用

目前,飞机振动飞行测试数据分析主要采用基于Fourier理论的频域分析方法,无法描述振动信号的时频局部特性,很难满足飞机振动评估的需要。引入小波分析理论,在时域内对信号进行离散变换,在频域内对信号进行谱分析,从而达到同时观察信号在时域和频域空间分布特征的目的。两种飞机典型振动飞行测试数据的时频分析结果表明,利用小波理论能够更好地观察机体振动在时域、频域内的局部特性,对于现代飞机振动问题的分析评估具有重要意义。     

压气机喘振模式识别与在线检测

为发展一种运算简单、性能可靠的喘振在线检测系统,分析了压气机出口总压信号的时域和频域特性.当压气机逐渐进入喘振时,时域内表现为压力脉动强度的增大,频域内表现为信号能量在低频成分集中.选用标准差σp表征压力脉动强度;平均频率-f表征信号频域特性.考察了由σp和-f构成的模式平面,提出了一种综合时域和频域特性的喘振检测判据,检测门限可根据置信度要求进行设置,给出了在线检测系统的流程图.采用压气机试验台实测数据验证,该方法可有效地进行喘振在线检测.     

基于主动扭转控制的旋翼减振规律研究

旋翼主动扭转控制(ATR)能够改善旋翼气动环境,降低桨毂振动载荷。本文以SA349/2直升机为例,采用工程上应用较为广泛的Adams和Nastran软件,建立旋翼弹性桨叶气弹耦合模型。通过模型算例计算得到的桨毂时域和频域载荷,与文献资料数据对比,证实了本文模型的有效性。在旋翼周期变距基础上通过主动扭转控制施加二阶、三阶高阶谐波变距,研究主动扭转控制减振作用的规律。     

低HSI噪声旋翼桨尖外形优化设计方法

建立了一套基于计算流体力学(CFD)/FW-H_pds方程(Ffowcs Williams-Hawkings equations with penetrable data surface)的气动噪声预估技术和组合优化算法的低噪声旋翼桨尖平面外形设计方法。首先,采用积分形式的可压雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程作为旋翼流场求解控制方程,围绕旋翼流场的网格采用嵌套网格方法生成。在优化过程中,桨叶网格生成采用提出的高效参数化的网格自动生成方法。在建立的CFD方法求解基础上,采用基于可穿透旋转积分面的鲁棒性较好的FW-H_pds方程来求解旋翼高速脉冲(HSI)噪声。然后,以降低旋翼HSI噪声为目标,以旋翼悬停气动性能为约束,提出具备前掠-后掠-尖削等组合特征的桨尖外形方案并进行优化分析。将基于拉丁超立方(LHS)方法和径向基函数(RBF)的代理模型方法耦合到遗传算法过程中,建立了一种高效的组合优化算法。在当前的计算状态下,优化后的桨尖外形的负压峰值相比于矩形桨叶降低了58.4%,优化后的桨叶有效地减弱了旋翼桨尖区域的跨声速"离域化"现象,因此可以降低旋翼HSI噪声特性,同时可以减弱旋翼桨尖涡强度达30%,旋翼悬停性能提高了2%~3%。     

基于无级变速的直升机变旋翼转速控制模拟方法研究

为了扩大直升机变旋翼转速变化范围,开展了基于无级变速机构的直升机/传动系统/发动机连续变旋翼转速控制模拟方法研究。基于叶素法和容积动力学方法,建立了主旋翼/发动机综合数学模型用于直升机推进系统仿真,该模型由主旋翼简化模型和涡轴发动机部件级模型组成。在主旋翼/发动机综合模型的基础上,加入了基于能量法建立的无级变速传动装置动力学模型,通过变传动比实现变旋翼转速控制模拟,通过定常来流状态下的数字仿真,分析变旋翼转速控制过程对主旋翼和发动机状态的影响。结果表明,提出的变旋翼转速控制模拟方法在保证涡轴发动机动力涡轮转速变化小于1.5%的前提下使旋翼转速连续变化25%,建立的直升机/传动系统/发动机综合模型为变旋翼转速技术的设计与验证提供了较可靠的数字仿真平台。     

基于AVR单片机的后缘小翼型智能旋翼测控系统设计

研究并设计了智能旋翼振动控制实验的方案,对应用于智能旋翼小翼的闭环控制实验所需软硬件系统进行详细研究.分析讨论了采用本控制系统方案的可行性,确立使用AVR Atmega128单片机为核心的小翼控制系统平台的构建方案,进行了使用单片机为核心的控制方法设计,编写了相关控制程序.本试验系统相关特性适用于智能旋翼振动控制.     

智能桨叶的实时模型与复合自适应振动控制

研究了智能桨叶的实时模型、控制方法与控制器的实时实现。首先,采用MX滤波器实现了对桨叶动态特性的实时在线模拟,给出了该滤波器的系数与所描述的受控结构模态参数之间的相互关系。接着,提出了一种新的复合自适应控制方法,它综合了自适应前馈控制和反馈控制的特点,实现了对桨叶阻尼和振动响应的控制。最后,在所建立的以高速信号处理器为中心的实时数字仿真系统上,实现了对单频、双频及变频、变幅值谐和激励下桨叶振动的控制,获得了良好的振动控制效果。     

用机体振动诊断直升机旋翼复合不平衡故障研究

 在用机体振动诊断旋翼单一不平衡故障研究基础上,提出了仅借助机体振动信号诊断旋翼复合不平衡故障的新方法。证明了从旋翼复合不平衡故障空间到多点机体振动空间存在一对一映射关系。利用3个BP神经网络诊断故障类别和程度,利用机体振动一阶谐波分量的初相角确定失衡桨叶方位。模型旋翼实验结果表明,该方法可行、有效。     

Review of state of the art in smart rotor control research for wind turbines

This article presents a review of the state of the art and present status of active aeroelastic rotor control research for wind turbines. Using advanced control concepts to reduce loads on the rotor can offer great reduction to the total cost of wind turbines. With the increasing size of wind turbine blades, the need for more sophisticated load control techniques has induced the interest for locally distributed aerodynamic control systems with build-in intelligence on the blades. Such concepts are often named in popular terms ‘smart structures’ or ‘smart rotor control’. The review covers the full span of the subject, starting from the need for more advanced control systems emerging from the operating conditions of modern wind turbines and current load reduction control capabilities. An overview of available knowledge and up-to date progress in application of active aerodynamic control is provided, starting from concepts, methods and achieved results in aerospace and helicopter research. Moreover, a thorough analysis on different concepts for smart rotor control applications for wind turbines is performed, evaluating available options for aerodynamic control surfaces, actuators (including smart materials), sensors and control techniques. Next, feasibility studies for wind turbine applications, preliminary performance evaluation and novel computational and experimental research approaches are reviewed. The potential of load reduction using smart rotor control concepts is shown and key issues are discussed. Finally, existing knowledge and future requirements on modeling issues of smart wind turbine rotors are discussed. This study provides an overview of smart rotor control for wind turbines, discusses feasibility of future implementation, quantifies key parameters and shows the challenges associated with such an approach.     

航空发动机PI控制参数频域最优整定方法

针对航空发动机高、低压转速和压比的控制回路,研究满足幅值裕度和相角裕度要求的比例-积分(PI)控制参数稳定域确定方法.根据系统在频域的稳定域解析模型,建立考虑PI控制器的系统参数频域稳定域图形.根据典型的动态性能指标和鲁棒性指标定义的优化目标函数,在所得到的控制参数稳定域中寻找到一组最优的PI控制参数.该方法应用于航空发动机高、低压转速和压比回路控制器参数设计中,设计了不同状态下的PI控制器,仿真结果表明,这种整定方法能够使闭环系统满足性能指标和鲁棒性.      

裂纹转子非线性振动特征的谐波小波与分形识别

通过对谐波小波的分析研究,指出了谐波小波对振动信号局部频段分析的优良特性。采用谐波小波对裂纹转子的非线性振动信号在低频段进行了分析。理论分析与实验结果表明:对实际裂纹转子信号,经谐波小波的频段分析后,能够得到通常难以由理论分析与实验结果获得的非整数倍周期分叉的非线性特征频谱。计算了裂纹转子的分形维数,发现裂纹转子的振动信号比理论结果要复杂、可以用多重分形作为判断实际转子是否有裂纹的一个特征。提出了用谐波小波变换后的奇异谱来识别裂纹转子非整数倍周期分叉的非线性特征频谱的方法,并对实际转子信号进行分析,得到了明显的非整数倍周期分叉的奇异谱。      

基于时频脊线和阶次分析的转子故障诊断

为解决采用在转子升降速过程中产生的非平稳信号难以进行故障诊断的问题,提出一种基于2维时频脊线和阶次分析的转子故障诊断方法。采集转子升降速信号,采用2维时频分布的峰值脊线提取法获得信号脊线特征,结合脊线特征与等角度重采样技术依次获得信号角度域、角-阶域和阶次域图像,将信号阶次域内的特征参数作为故障敏感特征,输入人工神经网络诊断模型,对转子信号的故障类型进行分类。利用实测信号验证所提方法的实际应用效果,并与传统特征提取法的结果进行对比。结果表明:阶次分析方法的测试准确率约为99.8%,标准差小于0.09%,均优于传统特征提取法。基于时频脊线和阶次分析的转子故障诊断方法具有更高的诊断准确率,在非平稳信号特征提取过程中具有很好的可行性和准确性。     

主动扭转智能旋翼模型试验研究

在国内首次进行采用压电片驱动的碳纤维弯扭耦合梁作为驱动机构的智能旋翼风洞试验。试验结果表明:主动扭转智能旋翼在高转速前吹风状态下,受控状态下的可动桨尖沿扭转输出轴上下偏转可以明显改变桨叶气动力的相应谐波分量,进而影响桨叶的振动,试验为主动扭转智能旋翼用于直升机旋翼振动主动控制奠定硬件基础。     

转静干涉下转子叶片的非定常压力频谱

分别采用多通道模型和相位延迟方法的单通道模型对一压气机转子叶片因转静干涉引起的表面非定常压力进行了分析.对比了转子叶片表面非定常压力的时域和频域信息,并对其高阶主导频率进行了分析.结果表明:相位延迟方法与多通道法计算结果吻合,转子叶片非定常压力的峰值频率为叶片通过频率及其倍频,叶片中部以上区域2倍叶片通过频率的非定常压力幅值约为1倍频的2倍,分析认为这是由尾迹输运和激波振荡导致的,可为深入分析叶片由振动导致高循环疲劳失效的成因提供参考.      

转子振动信号的二阶非平稳源盲分离

复杂的转子系统的多振动混叠信号分离是振动信号处理领域的一个难题。在介绍盲源分离基本原理的基础上,首次选用了二阶非平稳源盲分离算法对带有较强噪声的实际转子系统的振动信号进行盲分离,满意地分离出了各个振动源信号。采用SONS算法得到的振动源频谱分析清晰地反映出了各个振动源的频谱特性,且较好地抑制了噪声的影响。研究中提出的测量方法,为实际复杂结构的振动源盲识别提供了支持。     

直升机桨毂动力吸振器的研究

提出了分析与设计桨毂动力吸振器的力学模型;探讨两种分析方法（频域法和时域法）及其适用性;并对吸振器的特性进行了分析;给出了经试验验证的旋转旋翼动柔度表达式。算例证实本文提出的力学模型、分析方法以及这类吸振器的有效性。