太阳帆航天器悬浮轨道动力学与控制

基于线性动力学模型和非线性动力学模型,研究了太阳帆航天器日心悬浮轨道保持与控制问题.首先,推导出了柱坐标形式的太阳帆动力学方程,并在参考悬浮轨道附近线性化以建立状态方程,然后对状态方程进行可控性分析.通过合理选择控制变量加权矩阵R,用线性二次型调节器(LQR)对线性模型进行控制.将得到的控制律代入非线性模型中进行验证,表明该控制律渐近稳定,并且具有良好的控制精度,可实现太阳帆悬浮轨道控制.      

中长期轨道预报中大气阻力系数补偿算法的研究

利用地磁平静期的CHAMP卫星精密星历对多个弧段的大气阻力系数进行解算,找到了适用于轨道预报的最优系数,分析了最优阻力系数与地磁指数、迹向残差的关系,利用线性回归分析建立了大气阻力系数补偿算法。针对中长期轨道预报的需求,该算法能够降低定轨弧段较短条件下阻力系数的解算误差。将该补偿算法应用于不同时期CHAMP卫星和天宫一号的轨道预报,验证了该算法的正确性和普遍适用性,结果表明预报精度能够提高20%以上。     

一种用于RM不稳定性研究的竖直环形激波管的设计与验证

设计并加工了一套竖直环形同轴无膜激波管,可用于环形汇聚激波诱导下的Richtmyer-Meshkov 不稳定性实验研究。与前人工作相比,本文在流体界面的形成以及流场的观测方法上做了较大的改进。通过实验和数值方法,对该竖直激波管产生的环形柱状汇聚激波的参数进行测量和分析,验证了同轴激波管形成柱状汇聚激波方法的可行性和可靠性。在界面形成方面,采用细丝约束肥皂膜技术形成正八边形气体界面,并利用数值方法考察了细丝对界面发展的影响。结果表明在界面发展的前期,细丝的影响几乎可以忽略。利用连续激光片光结合高速摄影相机对流场进行观测,获得了正八边形air/SF6气体界面在环形汇聚激波及其反射激波冲击下的演化过程,并与数值结果进行了对比,获得了较好的一致性,进一步验证了汇聚激波的对称性以及细丝约束肥皂膜技术用于形成多边形气体界面的可靠性。     

航空发动机全包线鲁棒变增益LPV控制律设计

提出了一种结合多胞形鲁棒变增益控制综合技术和基于系统广义距离的调度策略的航空发动机全包线控制方法。利用雅克比线性化方法获得包线内多点的发动机线化模型,将这些点作为多胞形模型的顶点,并利用多胞形鲁棒变增益控制综合技术设计顶点控制器。引入能够反映系统广义距离的间隙度量来计算包线内其他点的凸分解系数,结合顶点控制器实现全包线内发动机中间状态高压转速控制。全包线内的仿真结果表明,采用该控制方法能够满足航空发动机中间状态控制要求,具有较好的鲁棒性和跟踪性能,同时保证了控制器在全包线范围的稳定性。     

线性调频波的转发干扰对消分析

提出了一种线性调频波的转发干扰对消方法,该方法利用匹配滤波输出存在时延与频移上的强烈耦合,通过调整对消波的相位和频移,使其匹配滤波输出与原回波输出基本满足时间重合、幅值相近、相位相反的对消关系,减小回波总输出幅值,即可有效降低其被检测概率;推导了只进行调相转发的对消输出公式和同时进行调频调相转发的对消输出公式,分析了其理论输出特性,并分别对其进行了仿真验证.仿真结果表明,对消波若只进行相位调制,其对消效果与转发时延和信号带宽之积相关,此值越小则对消效果越好,但对相位调制和幅度控制的精度要求也越高;对消波若同时进行相位和频率调制,其对消效果由转发时延与信号脉宽之商直接决定,此值越小则对消效果越好,带宽不影响对消效果,但带宽越大则对消效果对频率调制精度要求越高.      

考虑斜拉索松弛的盘绕式伸展臂振动模型

盘绕式伸展臂展开后,由于预紧力的作用,横杆被压缩至弯曲状态,同时斜拉索张紧.振动幅度较大时,斜拉索会松弛.以建立一种可以描述上述情况下盘绕式伸展臂基频特性的模型为目的,针对弯曲横杆及可松弛斜拉索做了如下处理,用较小的弹性模量及相应的预应变来模拟横杆受压弯曲后刚度较小,并具有预应力的特点;用一根可拉压杆模拟两根交替松弛的斜拉索.按照上述思想将松弛前后的盘绕式伸展臂作为两种结构,分别在Ansys中建立模型,计算得到这两种结构的基频.之后将伸展臂等效为满足分段线性刚度特性的连续梁模型,其分段刚度对应斜拉索松弛前后两种结构.结合有限元模型得到的斜拉索松弛判据,建立振幅较大时盘绕式伸展臂的振动方程.使用等价线性化方法,得到盘绕式伸展臂等效频率随端部振幅的变化关系,并用Ansys的瞬态分析对上述等效频率结果进行了仿真验证.上述模型及结果可以作为盘绕式伸展臂的设计指导及振动控制的理论基础.      

基于线性协方差的月球上升器主动段误差分析

提出一种线性协方差误差分析方法用于月球上升器主动段多种误差源影响分析.给出了动力上升段动力显式制导(PEG,powered explicit guidance)制导律线性化解析方法,得到了PEG 3个制导参数的线性化显式表达.在此基础上用于分析月球上升器主动段在存在初始状态偏差、参数不确定等情况下,终端时刻的高度偏差、速度大小偏差以及飞行路径角偏差.通过和蒙特卡洛的仿真对比,验证了上述线性化方法的有效性.     

基于自适应线性调频小波的多孔孔板气液两相流动态差压信号的时频分析研究

气液两相流在流动过程中表现出非平稳的特性,简单的频域分析或时域分析方法不能很好地分析信号的波动特性,所以引入了时频联合分析方法。时频分析能看到气液两相流差压信号的能量强度和密度的分布,通过多次实验发现泡状流时能量主要分布在10~35Hz 的高频段内,能量强度小;弹状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段和10~35Hz 高频带内,能量明显增大;塞状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段内,能量强度是3种流型中最大的。为了研究气液两相流的动态特性,通过多孔孔板流量计在水平管气液两相流中采集得到不同流型的差压信号,采用自适应线性调频小波时频分析方法分析动态差压信号。具体步骤:首先分析信号的分解次数,残余的信号能量低于总信号能量的10%,即可认为被完全分解,对分解后的结果进行分析,得到不同流型的时频分布特征,具有很高的时频分辨率,时频谱图中显示出不同流型分量信号的时频分布特征;然后从时频谱图中提取3个特征值建立三维散点图,图中显示了信号特征值和流型之间的关系,并通过散点图分析不同特征值对气液两相流中信号的流型的影响,达到流型识别的目的。Chirplet 变换具有较高的时频分辨率,能消除噪声的干扰,信号的瞬时频率信息可以清楚地显示出来。     

带输入饱和的直升机信息融合解耦控制算法

针对带输入饱和的直升机解耦控制问题,提出了一种改进的信息融合解耦控制算法,通过融合主通道和相应耦合通道期望输出和控制能量的软约束信息,以及系统状态方程和输出方程的硬约束信息,获得二次型性能指标下解耦控制律的最优估计,使直升机的内回路控制具有良好的动态特性和解耦性能。通过控制能量软约束信息的自适应调节,使求取的控制量满足输入饱和限制要求,避免了因输入饱和导致的解耦性能变差和驱动器过载问题。提出的信息融合控制算法基于被控对象的离散模型实现,容易应用于工程实际中。仿真结果表明了该算法的有效性。