航天器空间动态磁场模拟技术

文章论述了卫星空间动态磁场模拟技术的原理和方案,阐述了对方案的工程化实现所进行的必要计算及对系统的各个部分所进行的研究设计。在此基础上建立了一套动态磁场模拟系统,为卫星空间动态磁场模拟试验提供了条件。     

一种组合导航系统快速滤波方法及半物理仿真

在利用卡尔曼滤波器对数据进行处理时,协方差矩阵的预报运算过程需要的计算量最大,每一步迭代的计算量与n3(n为状态矢量维数)成正比,约占整个卡尔曼滤波过程70%的CPU时间.协方差阵预报计算过程中,数据输入输出所需要的传递工作量也最大.由于微小型飞行器导航系统采用小体积、低功耗、低成本的微处理器作为导航计算机,为了保证导航实时性的要求,提出了一种降维滤波器加矩阵外积法的快速滤波方法来减少MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)/GPS(Global Positioning System)/MMC(Micro Magnetic Compass)组合导航滤波算法的计算量,以提高算法的实时性.半物理仿真试验结果表明:此种算法不仅可以提供较为满意的导航精度,而且大大减小了计算量,提高了系统的实时性.      

Model development and adaptive imbalance vibration control of magnetic suspended system

A system model is developed to describe the translational and rotational motion of an active-magnetic-bearing-suspended rigid rotor of a single-gimbal control moment gyro (SCMG) onboard a rigid satellite. This model closely reflects the motion characteristics of the rotor by considering the dynamic and static imbalance as well as the coupling between the gimbal's and the rotor's motion on a satellite platform. Adaptive autocentering control is strictly constructed for the preceding rotor with unknown dynamic imbalance. The rotor achieves its rotation about the principal axis of inertia by identifying the little rotational angles from the geometric axis to the principal axis and then using the results to tune a stabilizing controller, which is composed of a decentralized PD controller with cross-axis proportional gains and high-pass and low-pass filters. The main disturbance in the wheel spinning can thereby be completely removed and the vibration acting on the satellite can be attenuated.     

口径天线远场时域分析

根据惠更斯等效原理,用直接时域法,基于远场近似推导了口径天线瞬态远场时域解析表达式,给出了主、偏轴方向远场辐射特性。分析和数值计算结果表明：所得远场公式简单,计算正确、可靠,可用于口径天线的设计和测量。     

天线指向机构位置伺服的H_∞-PID控制研究

针对大型卫星天线指向机构高精度高可靠性的要求,研制了一种永磁同步电机驱动的新型天线指向机构.在建立双质量体驱动模型的基础上,以ITAE(时间乘以误差绝对值积分)为优化指标,在H_∞混合灵敏度约束下PID参数的稳定域内,采用遗传算法对PID控制器的参数进行了优化.最后采用优化的PID控制器对指向机构进行了控制仿真和实验验证,结果表明系统具有响应快速而平稳、抗负载扰动和模型误差能力强的特点.     

基于双POD模型的大跨屋盖多模态随机风致响应研究

讨论了具有空间相关三维随机风荷载的数学模型.风荷载的准确模拟是结构进行风致动力响应分析的第一步,POD法提供了一种高效、准确的风荷载模拟方法.本文根据双POD模型和Monte Carlo模拟法,详细研究了空间相关三维风场的数值模拟方法,模拟的风场与实际较为一致.结合随机离散法和多阶模态加速度法的原理,详细推导了大跨屋盖风致响应与风振系数的计算方法.通过大跨屋盖刚性和气弹模型风洞试验,得出高阶振型对大跨屋盖结构的风致响应的贡献不可忽略,并计算了屋盖的风致动力响应时程.研究了大跨屋盖表面荷载风振系数和位移风振系数的分布,结果与有限元分析较为吻合,证实了本文提出的方法是一种高效、准确的大跨屋盖风致响应计算方法.     

基于时域反射法的航空导线绝缘故障检测与分析

基于时域反射法（TDR）建立了航空导线绝缘故障的数学模型及相应的仿真模型,计算与分析航空导线的绝缘层沿径向发生变化时其特征阻抗及反射系数的变化规律,仿真研究了脉冲波和阶跃波在导线中的传播规律,试验研究了导线特征阻抗的变化以及入射波上升时间对TDR波形的影响。结果表明:随着绝缘损坏量的增加,反射系数的变化率加快;对于相同的绝缘损坏量,绝缘层薄的导线反射系数大,易检测出来;在故障检测中阶跃波优于脉冲波;短路故障容易确定;特征阻抗降低到一定程度时,绝缘故障才能从TDR波形上辨别出来。对于小范围的绝缘故障检测,入射波上升时间越短,TDR波形越能反映故障的特征,但反射脉冲变窄,要求高采样频率;入射波上升时间增长,反射脉冲变宽,幅值降低,但一定程度上有利于检测出绝缘故障。     

航空铁磁材料磁记忆检测新方法

 为提高现有磁记忆检测方法的可靠性,充分考虑各向磁记忆信号分量特征,提出法向和切向相结合的磁记忆检测新方法,对航空铁磁材料18CrNi4A试件在不同拉伸载荷下同时采集法向和切向两个方向上的磁记忆信号,并对信号进行小波包滤波处理后取李萨如图,用图中封闭区域出现的位置判断应力集中部位,用封闭区域面积的大小判断应力集中程度,研究磁记忆信号法向分量和切向分量联合检测材料的应力状态。结果表明:对该材料试件磁记忆信号法向分量和切向分量进行小波包降噪方法切实可行,处于应力集中试件的磁记忆信号反映在李萨如图上会出现封闭区域,并且随着应力集中程度的增大,李萨如图上封闭区域的面积有增大趋势,材料出现明显屈服后,面积增大得更加明显。该方法具有一定的工程实际应用价值。     

磁悬浮反作用飞轮速率模式非线性协同控制方法

 为了改善磁悬浮反作用飞轮制动过程的动态性能和转速过零特性,提高飞轮的输出力矩精度,提出一种磁悬浮反作用飞轮速率模式非线性协同控制方法。首先建立包含电机和功率变换器的飞轮系统状态空间平均模型,然后基于飞轮系统的状态空间平均模型设计了加速和制动运行的协同控制律,并对控制律中的不确定扰动力矩项进行符号化处理,以提高控制系统抑制力矩扰动的动态响应速度。仿真和实验结果表明,该控制方法改善了转速过零特性,增强了飞轮对随机力矩扰动的鲁棒性,提高了制动控制的准确性,飞轮输出力矩精度达到6.2×10^-4N·m。     

电力作动器中永磁容错电机的电感和谐波分析

 针对永磁容错电机大漏感的特点,利用磁矢量有限元法对六相十极永磁容错电机进行分析,得出其绕组自感的组成成分,尤其是电机内漏感分布;同时建立六相十极永磁容错电机的磁路模型,利用磁路法推导出较高精度的绕组自感及其组成部分的解析式,通过有限元验证,该解析式的计算精度在5.6%以内。此解析式可推广到一般的永磁容错电机中去,进而为永磁容错电机的初始设计和性能分析提供了理论依据。最后,对永磁容错电机内谐波漏感进行了量化分析,为后续的电机控制及其热分析打下基础。