一种负极性直流高压线性电源设计

本文提出了一种基于光耦反馈调整的负极性高压线性电源解决方案,使用NPN型三极管作为功率调整管的前提下,实现了负1200V直流电压输出。本文对提出的电源方案建立了小信号传递函数模型,在传递函数模型的基础上论证了所提出的电源系统具有稳定性高、噪声低等优点。     

定量与定性相结合的动量轮故障可诊断性评价

为了提高动量轮的故障诊断性能,采用定量与定性相结合的方法对故障可诊断性评价方法开展研究。在分析动量轮和控制器模型的基础上,建立定量的动量轮闭环系统模型;分析动量轮的各种故障模式,将其分为测量类、驱动类和控制器类故障,并在动量轮系统模型中进行表示;依据故障到输出的传递函数是否等于0以及不同故障到输出的传递函数是否相同的思路,研究各类故障的可检测性和可分离性判断条件,对动量轮的各故障模式进行评价,给出相应的评价结果对于不可分离的故障集合,研究基于定性模型的故障可诊断性评价方法,即根据动量轮各功能模块之间的关系,结合动量轮的故障模式影响分析结果,建立故障与征兆之间的关联矩阵,通过分析各故障对应的数据,进一步给出动量轮故障可诊断性的评价结果。最后,提出故障可诊断性相关的定量指标,根据动量轮故障可诊断性评价结果,给出各故障以及动量轮的可检测度和可分离度等,为后续故障可诊断性设计提供依据。     

平衡空间到模态空间的反映射模型降阶方法

针对内平衡降阶方法物理意义不清晰,平衡坐标无法由传感器直接测量的问题,文章基于柔性航天器动力学模型,提出了通过反映射实现平衡空间到模态空间的模型降阶方法。利用状态空间线性变换传递函数和特征值的不变性,通过平衡降阶模型零极点传递函数获得了与原系统相对应的特征频率,给出了平衡降阶模型与原模态子空间的映射关系,成功构造了反映射矩阵。频率响应及可控可观性分析结果显示,模态子空间降阶模型能够准确找到与原模型相匹配的状态变量,物理意义清楚,便于控制系统使用。     

线性系统传递函数频域辨识的一种方法

本文提出一种由SI/SO线性系统频率特性求其传递函数参数模型的算法。与已有的各种方法相比,它具有四个特点:(1)传递函数模型中包含延迟因子,适用范围广泛;(2)可对延迟参数作出估计;(3)通过对模型零、极点分布的分析在程序中自动判定模型的阶次;(4)采取了提高算法稳定性的措施,使计算程序达到实用水平。由于此算法同时解决了模型的结构辨识与参数估计两方面问题,提高了计算程序的效能与通用性。文中给出了四个辨识的例子,并与文献中的方法作了比较。     

模糊神经元及其计算能力研究

分析了模糊神经元模型,指出了这种神经元模型在计算能力上的缺陷.提出了对模糊神经元定义的两种改进方法,一是限制传递函数为非单调函数;二是修改定义域.对改进后的模糊神经元网络证明了计算能力与图灵机的等价性,从而对传统的神经网络作了进一步推广.还对混合模糊神经网络的特点做了简单的讨论.      

四旋翼无人机执行器可重构性量化评价方法研究

随着对系统安全性和可靠性要求的不断提高，故障系统的自主恢复能力即系统的可重构性受到高度关注，然而现有对于控制系统可重构性量化评价的方法主要针对线性系统，因此以具有强耦合、欠驱动、强非线性的四旋翼无人机（quadrotor UAV）为被控对象，提出了一种基于双滑模面鲁棒观测器与马氏距离结合的非线性系统可重构性量化评价方法。首先，在四旋翼无人机非线性模型的基础上，设计了具有对扰动和故障均不敏感的双滑模面鲁棒观测器，用于实现对系统状态的准确估计；其次，在执行器饱和及系统状态误差指标双约束条件下，采用基于马氏距离的相似度法，对非线性系统可重构性进行量化评价；最后，通过四旋翼无人机仿真实验验证了所提方法的有效性。结果表明，所提方法能够真实反映不同故障程度下系统的可重构性量化水平，为非线性故障系统控制策略调整补偿提供了重要依据。      

应用于控制力矩陀螺电源模块的线性-非线性协同控制器设计

本文对控制力矩陀螺电源的控制器进行研究,基于对线性控制器及非线性控制器的分析,设计了线性-非线性协同控制器并搭建硬件模型,在电源系统动态调整阶段采用非线性控制器,在稳态阶段采用线性控制器。该方案较单一线性控制器提升了电源系统的动态性能,并保证了系统的稳定性及可靠性。对该鲁棒控制器进行了仿真分析并搭建实物,通过实验验证了相较线性控制器,使用协同控制器的电源模块在控制状态切换时,下冲量与调节时间分别减少了45%及58%,证明了该协同控制器能够有效提升CMG电源系统的动态性能。     

基于相关性模型的液浮陀螺可诊断性分析方法

为了从根本上提高液浮陀螺在轨故障检测与诊断能力,基于相关性模型从设计角度提出了液浮陀螺的可诊断性分析方法.该方法首先建立液浮陀螺各功能模块之间的信息流图,然后结合FMEA建立故障-测点之间的相关矩阵.基于相关性矩阵,建立了故障可检测性、可分离性分析方法,实现了对测点的优化设计.本文提出的相关性模型为定性模型,具有易于构建、计算简单的优点,不仅实现了对液浮陀螺可诊断性设计结果的评估,还可为测点优化配置提供设计依据.     

基于XGBoost的空间高温材料实验炉控制系统建模

为确保高温材料科学实验柜科学实验系统能够成功地进行空间材料科学实验，在空间进行高温材料科学实验的时候要求其温度稳定在±0.25℃范围内。面对如此之高的温度稳定度要求，提出一个新的解决方案：在实验输入和输出数据的基础上，确定一个与高温炉控制系统内部等价的模型，为获得满足实验要求的控制参数提供依据。本文将高温炉控制系统内部看作黑箱模型，基于XGBoost方法分别对四类样品实验的高温炉内部温区2和温区3进行建模，模型精确度全部可达到99.98%以上。与传统建模方式传递函数相对比，在传统方法表现最好的情况下，模型精度仍提高了3.8%，为获得控制参数以确保空间实验温度实现高稳定度提供了重要支持。     

离子电推进系统电源处理单元的数字化设计

为了降低航天器的质量，提高使用寿命，满足商业航天小卫星电推进系统需求，概述了电源处理单元(power processing unit, PPU)数字化设计的需求及屏栅电源设计方案，针对电源处理单元的高精度、高稳定性、快速响应的要求，采用BUCK方案和全桥电路设计屏栅电源。以STM32微控制器为核心设计数字化加热电源和屏栅电源，实现卫星平台/地检设备的数据采集遥测，电源输出电压参数的改变。实验结果表明：三个数字化电源的控制精度均小于3%,数字化控制的电源处理单元具有灵活调整的特点，能够有效减少控制板体积。     

一种新型双轴太阳帆板驱动线路盒设计

针对双轴太阳帆板驱动装置2个电机的控制要求,提出一种新型双轴帆板驱动线路盒（BSADE,biaxial solar array drive electronics）设计.该线路盒基于现有帆板驱动线路设计,通过在电机驱动线路中设计一种电流方向转换延时线路,解决了电流方向转换瞬间功率管容易对穿的问题,确保了驱动线路工作的安全性,使得原先大功率管才能实现的线路选用小功率管实现,达到了小型化目标.通过对电机驱动线路和负载绕组进行交叉重组设计,解决了主备份线路间磁耦合问题,实现了严格冷备份目标,大大提高了可靠性.     

150kV/30kW逆变式电子束焊接高压电源设计

针对150kV/30kW电子束焊接高压电源高电压、大功率输出的要求,低压电路采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)逆变隔离直流电源与逆变全桥串联的主电路拓扑,高压电路由3组升压变压器与10倍压整流电路的串联结构并联组成;设计了高压采样电路、束流采样电路,以及双闭环控制电路.基于上述技术,实现了150kV/30kW高电压大功率输出.实验结果表明高压加速电源的输出线性度和束流输出线性度较好,同时高压稳定度和束流稳定度均在0.5%左右,能够满足电子束焊接的要求.     

CCPT系统中基于副边阻抗调制技术的反向信号与能量叠加传输技术研究

为了解决金属环境条件下的无线供电和信号传输需求，提出了一种基于电容耦合方式的无线能量和信号并行传输方案。通过建立E类放大器的数学模型，分析电容耦合系统的传输特性和阻抗影响机理，设计了适用于E类放大器结构的调制与解调电路，并通过仿真验证了电路的可行性，为CCPT系统从能量传输到信号回传提供了系统性的理论指导。     

CMOS器件单粒子效应电荷收集机理

针对90 nm CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）工艺,采用三维数值模拟方法,研究了反相器中NMOS（Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor）晶体管与PMOS（Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor）晶体管的单粒子瞬变（SET,Single Event Transient）电流脉冲,深入分析了PMOSFET（Positive channel-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）与NMOSFET（Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）发生单粒子效应时电荷输运过程和电荷收集机理.研究结果表明,由于电路耦合作用,反相器中晶体管的电荷收集与单个晶体管差异显著;反相器中PMOS晶体管电荷收集过程中存在寄生双极放大效应,NMOS晶体管中不存在寄生双极放大效应;由于双极放大效应,90 nm工艺下PMOS晶体管产生的SET电压脉冲比NMOS晶体管产生的电压脉冲持续时间更长,进而导致PMOS晶体管的SET效应更加敏感.研究结果为数字电路SET的精确建模、进行大规模集成电路SET效应模拟提供了参考依据.      

多段翼积冰的数值模拟及防冰预测

为研究飞行器翼面积冰预测问题,通过对积冰形成机理的分析,提出了基于经典Messinger模型的积冰表面传质传热的改进模型;通过引入对多段翼空气流场的插值计算,建立了多段翼翼面积冰预测模型;考虑防冰系统向翼面控制体带入的等效热功率,提出了防冰条件下的积冰预测方法.通过对算例的分析对比,数值模拟计算结果与实验数据基本吻合,表明本文提出的结冰计算模型合理,能够用来进行积冰预测分析,为进一步研究翼面结冰后的飞行动力学问题及防除冰系统的设计奠定了基础.      

Optimal guidance based on receding horizon control for low-thrust transfer to libration point orbits

This paper addresses the design and computation of a guidance law for a transfer mission from an orbit near the Earth to a halo orbit around the libration point L₂ in the Sun–Earth system. The guidance law, which is designed based on receding horizon control and compensates for launch velocity errors that are introduced by inaccuracies of the launch vehicle, is solved using the generating function method. During the design of the closed-loop guidance law, the entire transfer mission, which is considered a nonlinear optimal control problem, is evaluated to obtain a nominal reference trajectory. Using the launch velocity errors and the uncertainty of the model, a spacecraft controlled by the proposed guidance law tracks the reference trajectory. Furthermore, the original Riccati differential equation in the receding horizon control algorithm is replaced by an equivalent convenient form of the Riccati differential equation that is based on the generating function. The high-efficiency solution of the equivalent equation avoids the online direct integration of the original Riccati differential equation, which significantly increases the computational efficiency for the receding horizon control problem. Numerical simulations using a nonlinear bicircular four-body model demonstrate the capabilities of the proposed receding horizon guidance law for the transfer mission. In addition, the generating function method improves the computational efficiency by at least one order of magnitude over the backward sweep method in solving the receding horizon control problem.     

一种数字电路电磁传导发射多源模型提取方法

基于电磁干扰要素理论，提出一种数字电路电磁传导发射多源模型提取方法，用于解决数字电路电磁传导发射的建模问题。以电磁干扰要素理论为出发，综合考虑数字电路模块特点，将数字电路电磁传导发射模型划分为若干基本要素和扩展要素。针对数字电路时钟信号特征，选取梯形脉冲序列为基本要素形式，提出一种改进的联合估计算法用于提取基本要素参数及对应扩展要素系统传递函数模型；针对数字电路多源共存的情况，提出一种基于自相关函数的多源辨识分离方法，从而实现从一组测试数据中识别出多个基本要素及对应扩展要素，并最终完成数字电路电磁传导发射的建模。仿真及实验结果验证了所提方法的可行性和准确性。      

根据行星际闪烁观测研究耀班一激波前后太阳风电子密度功率谱的变化

采用弱散射与薄屏近似模型,利用快速傅利叶变换和阿贝尔变换的方法,对1972年6月15日耀斑一激波的行星际闪烁观测资料进行了计算,分别计算了激波前与激波后的电子密度功率谱。发现在小波数段都具有幂函数形式,并且波后幂指数值略大于波前幂指数值。说明此例激波过后小波数段功率谱略变陡。      

考虑舵机时滞的阵风减缓主动控制律设计

针对存在舵机时滞环节的气动伺服弹性系统，提出基于Padé近似和线性二次高斯（LQG）控制的阵风减缓主动控制律设计方法。利用Padé近似将舵机中的时滞环节线性化为一个高阶传递函数并引入气动弹性模型，建立线性的阵风减缓受控模型；利用LQG控制方法对线性化模型设计阵风减缓主动控制系统，并采用平衡截断法对所设计的控制系统进行降阶；利用Simulink将所设计的控制系统引入非线性模型中，得到von Karman连续阵风激励情况下系统的开/闭环响应情况。计算结果表明:根据所提方法设计的阵风减缓主动控制律能有效降低原气动伺服弹性系统的阵风响应，对研究对象机身过载的抑制在15%左右，而对翼根弯矩的抑制达到25%以上。      

液滴辐射器液滴层的优化设计

为有效提高液滴辐射器液滴层的辐射热通量，建立了矩形液滴辐射器三维液滴层非稳态辐射传热模型。采用FLUENT软件，针对液滴层辐射换热过程进行了模拟。数值分析了液滴分布特征、液滴初始温度、飞行速度、液滴间距、直径、液滴层长度及质量流率等7种因素与液滴层辐射热通量的关系及对其敏感度，提出了一种新的液滴层结构型式——中空型液滴层。结果表明，除液滴层长度和质量流率外，液滴间距和初始温度对辐射器液滴层的传热功率影响较大。在厚度方向液滴层数为100层、质量流率为12kg/s的条件下，中空型液滴层设计能将单位质量辐射热通量提高2~3倍。