嵌入式分布式架构下航空发动机模型预测控制方法研究

传统集中式架构和离线设计控制器的方法已经很难满足航空发动机复杂多变、全生命周期控制需求。本文提出了一种部分分布式架构的涡喷发动机模型预测控制方法，并进行了鲁棒性分析：采用改进的组合线性模型求解方法，在保证精度的前提下大幅缩短求解时间，解决了发动机多变量线性状态空间模型求解问题；设计了基于线性模型预测控制的涡喷发动机控制器，解决了含有约束条件下发动机动态性能优化问题；考虑到分布式控制系统具有总线网络通信特性，建立了以网络工具箱模拟总线网络的分布式控制系统仿真平台，解决了存在总线网络丢包情况下的分布式控制系统鲁棒性分析问题；采用多节点模块化设计方法，设计并搭建了分布式控制系统硬件在环仿真平台并采用嵌入式矩阵运算优化方法，解决了模型预测控制算法在嵌入式平台上的应用问题。试验表明：模型预测控制的效果优于传统PID控制效果，有效地提高了发动机的动态响应；同时，在存在网络丢包情况下，本文所设计的基于模型预测控制的分布式控制系统依然具有稳定的控制效果和鲁棒性。     

单向CFRP螺旋铣削力建模

螺旋铣削加工工艺具有降低轴向力,改善排屑、散热条件等优点,螺旋铣削力是其重要过程指标之一。对单向CFRP螺旋铣削力建模方法展开研究,预测给定加工参数下的螺旋铣削力。首先,通过对螺旋铣削过程进行运动学分析和切屑几何分析,建立了螺旋铣削过程中侧刃、底刃动态切屑层模型,纤维切削方向角度模型和动态切削力计算模型。然后,分别通过侧刃直线槽铣实验和底刃半齿插铣实验,对各个切削方向角度下侧刃、底刃切削力系数进行了标定,并利用人工神经网络对切削力系数进行拟合。最后,将标定所得的切削力系数代入动态切削力计算模型中,建立了单向CFRP螺旋铣削过程动态切削力预测模型,并通过实验验证了模型的准确性。与现有模型相比,该模型不仅能够预测刀具螺旋运动周期内的切削力变化情况,还可以对每个刀具自转周期内的细节进行预测,通过考虑纤维切削方向角度对切削力系数的影响,反映了单向CFRP材料的各向异性,较为准确地预测了螺旋铣削力。     

故障型备件供应分析的面向对象仿真模型研究

准确预测航空备件需求是实现备件供应优化的基础。本文指出了当前航空备件供应中存在的问题及其原因,并对现有备件需求预测方法进行了简要分析,指出其不足、改进方向和本文研究的立足点。进而,利用OOS建模框架,研究了故障型备件供应的影响因素、仿真模型的建模对象、模型结构与行为、建模分析过程和实现要点。同时,针对典型问题,进行了仿真实验研究。实验证明:该建模和分析方法描述能力强,适用性和灵活性高。     

航空燃油离心泵参数化设计方法研究综述

燃油离心泵是航空发动机控制系统的关键动力元件，结合当前航空燃油离心泵技术发展和设计需要，本文总结对比了离心泵典型参数化设计及优化设计方法。首先分析了离心泵四种参数化设计方法的技术特点及其局限，考虑到离心泵参数设计方法中存在的随机性和盲目性问题，进一步补充分析了离心泵的结构优化方法，包括基于启发式算法的全局优化方法、基于梯度的优化设计方法和基于代理模型的优化设计方法三类，并指出了三类优化设计方法亟待解决的科学和技术问题。在此基础上，通过分析国外航空发动机燃油离心泵的发展状况，指出了我国航空发动机燃油离心泵所面临的技术挑战、问题和技术发展方向，并立足于现有国内设计基础，给出了夯实我国航空燃油离心泵设计能力需开展的基础性研究工作。     

面向高速切削的钛合金Ti-6Al-4V动态本构模型:综述

高速切削是实现钛合金等难加工材料高效、高质量加工的有效技术方法。钛合金高速切削加工过程具有高温、高应变和高应变率的热力强耦合非线性动态特征。为了准确描述高速切削时钛合金动态力学行为，对钛合金动态本构模型的研究进行综述。以钛合金Ti-6Al-4V为研究对象，从唯象模型和物理学模型的角度，分析了Johnson-Cook模型、Zerilli-Armstrong模型、Bammann模型的适用条件及优缺点。经综合比较，选取Johnson-Cook模型开展进一步探究，并且基于温度影响和竞争机制影响对Johnson-Cook修正模型进行分类，Johnson-Cook修正模型的预测精度与经典模型的预测精度相比均有所提高；同时提出可将构建唯象-物理学复合本构模型作为探究钛合金动态本构模型的重点方向，采取实验与计算机同步方法得到本构模型参数的最优解，从而提高动态本构模型的预测精度。     

虚拟仿真技术在飞机轻量化设计中的应用

<正>力学仿真可分为静力学仿真和动力学仿真,对应的优化方法称为静态优化和动态优化,其中动态优化设计算法更加复杂,但往往可获得同时具有良好静、动态特性的构件。随着计算机技术、网络技术和虚拟仿真技术的发展,基于分布式协同、云技术和网格计算的多目标优化将成为轻量化结构设计的发展方向。     

基于BP神经网络的复合材料失效分析

创建了基于BP神经网络方法预测复合材料在复杂应力状态下的失效模型.依据现有的试验数据,建立了基于BP神经网络的数学模型,并给出了网络在多次训练的统计性评价参数.以及单次样本泛化性能的评价参数,并利用这些参数实现了网络的结构优化和训练优化,得到了比较精确的网络模型,成功预测了复合材料的失效数据,拓宽了计算复合材料失效的范围,同时可以对复合材料的失效分析和试验设计进行指导.     

管路连接中的约束设计(下)

论述了管路连接中约束设计的基本模型和基本方法,指出了现有减约束连接结构的局限性,为国内管路标准件的开发指出了发展方向。     

基于动态变结构BP神经网络的目标威胁评估

针对传统目标威胁估计方法和BP神经网络的不足,在BP神经网络的基础上,建立了基于动态变结构BP神经网络的目标威胁估计模型.该模型通过在权值向量更新公式中引入冲量函数,加快了网络的搜索速度和精度,保证了网络获得全局最优值;通过实时调整隐含层节点数目,可以将网络结构优化,极大地提升了网络的灵活性.仿真结果表明,与传统目标威胁估计方法和BP神经网络相比,动态变结构BP神经网络具有更好的预测能力和收敛速度,可以快速、准确地完成目标威胁估计.     

管路连接中的约束设计(上)

论述了管路连接中约束设计的基本模型和基本方法,指出了现有减约束连接结构的局限性,为国内管路标准件的开发指出了发展方向。     

串件拼修对策下两级备件维修供应系统动态管理模型

 在备件维修供应系统日常运作中,通过对库存和维修资源分配进行动态管理,能够在现有库存配置方案下提高保障效能。针对串件拼修对策下两级维修供应系统,分别建立了有限维修资源约束下多维修渠道故障件的送修和库存分配动态管理模型。根据备件库存动态分析模型(Dyna-METRIC)原理,建立了保障系统的蒙特卡罗仿真模型,并将动态管理模型嵌入其中。使用传统先到先服务(FCFS)原则和指定可用度目标确定不同初始库存配置方案,将这些方案作为仿真模型输入进行仿真试验。结果表明,采用本文模型后保障系统效能相比传统FCFS原则有了明显提高,证明了模型的正确性。     

机翼颤振的鲁棒自适应切换控制

将机翼颤振问题对应的气动伺服弹性系统动态,看做沿飞行轨迹或特定飞行动作的若干模型的连续切换,引入切换系统描述其包线内的动态特性。进而,基于多Lyapunov函数方法和模型参考自适应控制(MRAC)理论,提出一种机翼颤振鲁棒自适应切换控制方案。该方案允许不同速度设计点的模型及对应控制器进行快速切换,以全面覆盖飞行包线内的系统动态,获得良好的机翼颤振主动抑制效果,有效规避自适应控制需要参数缓慢变化的缺陷。同时,构建Lure-Postnikov形式的Lyapunov函数,采用多Lyapunov函数方法,以线性矩阵不等式的形式,推导闭环切换系统为有界MRAC系统的充分条件,确保飞行包线内颤振抑制的全局稳定性。     

发动机控制系统数学模型的建立及加力动态特性的仿真研究

 本文建立了某新型发动机及其控制系统的数学模型。编制了一套完整的发动机系统的数字仿真程序。利用此程序已对新定型的某发动机及其控制系统进行了多方面的仿真研究。文中着重分析了前人很少涉及的加力动态特性方面的某些问题。     

考虑超售的多级运价航空货运容量分配模型

舱位控制在航空收益管理中处于核心地位，目前已有的研究成果主要集中于航空客运方面，而对航空货运舱位控制方面的研究比较少。航空公司要提高货运收益，应和客运一样尽量将货舱提供给运价高的货物，但由于各个等级舱位请求到达时间不同，从而如何控制各个阶段的舱位销售数量以及合适的超售水平成为影响航空公司货运收益的关键。基于此，基于收益管理的思想，采用动态规划方法建立了考虑超售时的多级运价体系下航空货运舱位分配模型，由该模型得出航空货运舱住动态优化控制的策略，从而试图为航空公司实现每阶段货运销售的卖时控制提供方法和管理建议。     

回注蒸汽型燃气轮机数控系统的仿真研究

按部件建立了数控系统的数学模型。再与回注蒸汽型燃气轮机数学模型闭合,进行了系统的仿真研究。据此优选参数,并分析了不同工况和回注蒸汽对系统动态性能的影响。     

生产与运作管理之独立需求的库存控制

库存控制是现代生产与运作管理体系的重要组成部分。本文较系统地介绍了库存的含义和基本库存系统 ,同时通过介绍独立需求的几种基本库存模型阐述了独立需求情况下库存控制的运作方法     

模型降阶在折叠机翼主动控制中的应用研究

针对以主动控制为目的的模型降阶中的降阶精度以及控制系统的降阶设计问题,以变体飞机折叠机翼为对象,建立以模态综合法为基础的动力学模型,对该模型分别采用模态价值分析方法和平衡截断降阶方法建立结构的降阶模型;利用可控度、可观度对两种降阶模型的精度进行对比分析,对降阶模型进行设计并施加主动控制律,抑制翼尖的位移响应。结果表明:平衡截断降阶模型具有较高的可控度,模态价值分析降阶模型具有较高的可观度;两种降阶模型均可以快速精确地得到高阶动力学的降阶模型,并且该模型可以有效地应用于主动控制系统的设计。     

在制品库存优化控制

分析了在制品库存的作用、应设立的位置及最佳容量.建立了离散制造系统在制品库存之比例积分控制模型.再以摩托车曲轴箱体生产线为例评价了控制效果,表明在需求动态变化时PI控制较之传统的正负反馈控制能更好地使在制品库存平稳化.     

弹道导弹的推力矢量控制系统设计

针对弹道导弹推力矢量控制系统的快速性和鲁棒性要求,采用变结构控制方法设计了三通道的推力矢量控制系统。建立了弹道导弹三通道姿态运动的动力学模型,将通道间的耦合项及外界干扰作为不确定项,采用了变结构控制方法进行补偿,并采用了自适应算法来更新变结构控制参数,对不确定项的上界进行估计,从而提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的推力矢量控制系统具有很好的控制效果。     

基于备件保障概率的多级库存优化模型

 理想的备件配置方案应该通过费用和优化目标之间的综合权衡得出,在传统的多级库存优化模型中常以使用可用度、等待备件时间等参数作为备件库存优化目标,但国内型号研制部门和使用部门在制定备件库存方案时通常以备件保障概率作为优化目标确定备件库存方案。为解决上述问题,首先分析了备件消耗与补给行为;然后,构建了以备件保障概率为目标的多级库存优化模型并对目标函数特性进行分析;其次,基于拉格朗日乘子法原理给出了多级库存计算与优化流程;最后,应用研究结论进行多级库存备件需求量预测,并用商用软件对预测结果进行分析,验证了优化模型的可信性。