基于鲁棒伺服LQR的结冰飞机纵向控制律重构方法

由于防/除冰系统总会出现故障或者除冰不彻底,因此仅依靠防/除冰系统实现结冰条件下的安全飞行并非完全可靠,研究结冰后飞机控制律重构对飞机操纵安全和飞行安全极其重要。针对飞机的纵向运动建立了结冰影响模型和纵向动力学模型,采用鲁棒伺服线性二次型调节器(LQR)最优控制设计了飞机结冰后空中飞行纵向控制律,模拟了飞机在俯仰姿态保持模式下遭遇不同严重程度结冰后的动态响应特性,并与常规PID控制进行对比。结果表明,所设计的控制律能够有效改善结冰飞机的飞行性能和飞行品质,准确跟踪给定的俯仰角指令,且抗干扰能力、动态性能以及鲁棒性均优于常规PID控制。为飞机结冰后的重构控制问题和自动飞行控制,提供了新的思路。     

基于积分鲁棒的电液负载模拟器渐近跟踪控制

电液负载模拟器(EHLS)是典型的电液力矩伺服系统,存在大量非线性特性和模型不确定性(特别是非线性摩擦),随着对电液力矩伺服系统跟踪性能的要求越来越高,传统线性控制策略很难满足加载系统的高性能需求,迫切需要设计先进的非线性控制策略。针对以上问题,建立了包含连续可微摩擦模型的系统非线性数学模型,基于Lyapunov理论设计了一种误差符号积分鲁棒控制方法。该方法能够克服模型不确定性对系统的影响,在舵机运动干扰作用下实现了系统的渐近稳定性能。实验对比结果验证了该控制方法的优良性能。     

基于数值模拟的轴对称矢量喷管性能预测数学模型

基于三维数值模拟,对不同轴对称矢量喷管在多种工作状态下的内外流场进行了研究,分析了扩张角及扩张段长度对喷管有效矢量角的影响.基于最小二乘曲面拟合理论,建立了自变量包括扩张角、扩张段长度/喉道直径、落压比/设计落压比、几何偏转矢量角的多变量轴对称矢量喷管性能预测数学模型,并根据已有实验数据,对该模型进行了验证结果表明:推力系数误差最大为0.41%,流量系数误差最大为1.58%,矢量角误差最大为1.76°.建立的数学模型通用性较强,实现了用统一的模型对不同喷管性能参数进行预测和分析,具有一定的工程意义.      

一种改进的基于Hough变换的精确圆检测方法

在空间航天飞行器的对接过程中,合作目标背景的复杂性使得对圆形对接靶标部位的准确快速识别能力显得至关重要.为了克服Hough变换的圆检测遍历边缘点的局限性,采用图像预处理方法,极大地减少了参与Hough变换的无效像素点,并对边缘进行抽样提高Hough变换圆检测效率;针对Hough变换圆定位精度低,对Hough变换检测出的像素点,采用最小二乘拟合圆心得到亚像素的圆心拟合精度.一方面利用Hough变换检测圆的鲁棒性,有效地解决了最小二乘拟合的平方项对离群点敏感的问题;另一方面利用了最小二乘法的精确性提高圆心的定位精度.仿真结果和实验结果均证明了方法可将圆定位精度提高到1/20像元.     

一种带负载工业机器人动力学模型辨识方法

针对带负载工况下六自由度关节型工业机器人动力学模型的辨识问题,提出了一种带负载机器动力学模型的参数辨识方法。在获 得机器人本体动力学模型的前提下,用Newton Euler法建立负载动力学模型进行补偿,设计激励轨迹获取负载贡献的力矩,然后用加权最小二乘法辨识出负载模型中未知参数。最后对得到的带负载完整机器人动力学模型进行验证与分析,结果表明通过辨识得到的预测力矩与测量力矩有较好的跟随性,所提出的辨识方法具有一定的工程参考价值。     

基于杆臂补偿的多MIMU六方位倍速率标定方法

误差建模、标定与补偿是提高微惯性测量单元(MIMU)精度的关键,而杆臂效应是影响低成本微机电系统(MEMS)惯导精度进一步提升的瓶颈。针对杆臂效应引起的多MIMU标定误差问题,提出了一种基于杆臂补偿的多MIMU六方位倍速率标定方法。分析了杆臂效应影响多MIMU标定的误差机理,设计了一种六方位倍速率标定方案,建立了基于杆臂补偿的误差系数标定解算模型,补偿了杆臂效应引起的标定误差,并应用加权最小二乘法对MIMU加速度通道和角速度通道的非对称性误差进行了抑制。试验结果表明,与现有六方位正反速率标定方法相比,采用该方法的MIMU加速度通道补偿误差降低了84%,角速度通道补偿误差降低了68%。     

大口径非球面加工中最接近参考球面的精确计算

摆臂轮廓测量技术要求将摆臂精准的装调至待检测非球面的最接近参考球面上，需要精确确定非球面的最接近参考球半径及球心位置，而常规的近似法、精确公式法以及最小二乘法不能满足计算的精度和效率等要求。为了弥补现有算法的不足，文章介绍了一种分阶段逼近最接近参考球半径的计算方法，该算法在最小二乘法的基础上，通过精确线搜索技术以及牛顿迭代法，实现了最接近参考球半径求解的高精度、高效率，并且应用于大口径非球面计算时迭代效率有了较大提高。计算实例结果显示，该算法满足摆臂测量时大口径非球面的最接近参考球半径的求解要求。     

运载火箭风场高精度拟合方法

针对运载火箭风场传统拟合方法精度低的问题，提出一种基于最少参数神经网络的高精度拟合方法。该方法将运载火箭飞行高度作为网络输入，将风场的速度和朝向作为网络输出，在满足精度要求下使用最少的网络层数和神经元个数完成风场拟合，并给出了隐层节点数的下界公式。和传统的最小二乘多项式拟合及其分段形式相比，最少参数神经网络只使用一套框架即可完成风速和风向的拟合，并提高了拟合精度。大量仿真结果充分说明了所提出方法的有效性、简洁性和鲁棒性。     

Negative VTEC with spherical harmonic expansion model under different solar activity conditions

The Earth’s ionosphere can be described by a spherical harmonic (SH) expansion up to a specific degree. However, there exist negative vertical total electron content (VTEC) values in the global ionosphere map (GIM) with the SH expansion model. In this contribution, we specifically investigated the negative VTEC values that are induced by the SH expansion model and validated the performance of the inequality-constrained least squares (ICLS) method in eliminating the negative VTEC values. The GPS data from 2004 to 2017 was selected to cover one solar cycle and the experiments under different solar activity conditions were analyzed. The results in our work show that the occurrence of the negative VTEC values is attributed to the deficiency of the SH expansion model when the VTEC itself is small instead of the unevenly distribution of the GNSS stations. The negative VTEC values appear periodically in the temporal domain, showing apparently one year and half year periods. During one year, two peaks in June and December can be observed in the time series of the negative VTEC values. The number of negative VTEC values in June is obvious larger than that in December. During one solar cycle, the number of negative VTEC values under quiet solar activity condition is obvious larger than that under strong solar activity condition. In the spatial domain, the appearance of the negative VTEC values is strongly related with the movement of the subsolar point. In the latitude of the subsolar point has the largest magnitude, the negative values will appear on the opposite hemisphere and the further from the subsolar point the more negative values. The maximum number of the negative VTEC values in the southern hemisphere appears in June, while the peak value in the northern hemisphere appears in December. The maximum number of negative VTEC values in the southern hemisphere is generally larger than that in the northern hemisphere. In addition, the negative VTEC values are distributed both at middle latitude and high latitude in the southern hemisphere, while they are mainly distributed at high latitude in the northern hemisphere. When the ICLS method is used, the negative VTEC values can be eliminated efficiently and it has nearly no influence on the positive VTEC values. The ICLS method can also improve the receiver’s differential code bias (DCB) and significantly decrease the unreasonable negative slant TEC (STEC) values along the lines of sight. Using the final GIM product of the Jet Propulsion Laboratory (JPLG) as a reference, the root mean square (RMS) of the ICLS solution shows maximum 25%, 20% and 45% improvement relative to the least squares (LS) solution at northern high latitude, southern middle latitude and southern high latitude, respectively.     

基于多目标优化的星空认知网络鲁棒波束成形算法

卫星通信(SC)网和无人机(UAV)通信网之间频谱共享、相互融合，能较大提升频谱效率，有望成为第6代移动通信的关键技术之一。与现有文献不同，本文在系统非完美信道状态信息(CSI)的条件下，考虑了次级用户可达速率最大化和发射功率最小化2种准则，利用加权切比雪夫方法构建满足概率约束的多目标优化问题(MOO);由于该问题较为非凸，利用概率公式、半正定松弛等方法将其转化为凸问题，并进一步通过半正定规划(SDP)求解，得到鲁棒波束成形权矢量，获得2种性能指标间的帕累托最优权衡。计算机仿真验证了所提鲁棒波束成形算法的有效性和优越性。