航天器新型非奇异饱和终端滑模姿态控制

针对刚体航天器姿态机动过程中存在的控制饱和与外部干扰问题,提出一类基于新型非奇异饱和终端滑模面的有限时间控制器设计方法。该控制方案不仅保证姿态机动过程的快速性,而且避免了传统的终端滑模面所带来的奇异性问题。此外,本文建议的控制器不仅显式考虑执行器输出力矩的饱和幅值要求,使航天器在饱和幅值的约束下完成姿态控制任务,而且控制器的设计对外部干扰的上界没有任何要求,也无需作任何小角度的假设。进一步的稳定性分析表明,通过引入新型非奇异饱和终端滑模,该控制器使得闭环系统能够快速收敛到滑模面的微小邻域内,继而收敛到平衡点的微小邻域内,并且系统对外部干扰具有较强的鲁棒性。数值仿真校验了该控制器在姿态机动过程中的性能。     

HTPB推进剂低温裂纹扩展特性试验研究

使用中间穿透型平板裂纹试件开展不同温度下Ⅰ-型裂纹扩展试验,研究了温度对HTPB推进剂裂纹扩展特性的影响。使用改进割线法计算了不同温度下推进剂的裂纹扩展速率,得到了其裂纹扩展阻力曲线,并对裂纹扩展速率与Ⅰ-型应力强度因子进行了回归分析。研究结果表明,在低温下推进剂的裂纹扩展速率比常温时要大,温度越低,裂纹开始扩展的时间越短。不同温度下推进剂的裂纹扩展速率与Ⅰ-型应力强度因子都满足幂函数关系。     

一种基于故障统计数据的发动机风险预测

给出了发动机故障危险等级划分 、危险系数确定、风险因子与飞行风险的计算方法,建立了基于蒙特卡罗仿真的发动机多故 障模式风险评估流程,预测发动机故障发生情况,评估发动机使用阶段的故障风险。在已有 航空发动机历史故障数据的基础上,对多种故障模式进行了风险预测,制定了两种可降低风 险的方案,分析了维修周期对风险因子的影响,给出了合理的降低风险方案。     

天基激光清除空间碎片方案与可行性研究

介绍了激光烧蚀驱动机理和空间碎片降轨清除原理,通过分析计算确立了空间碎片降轨清除判据和2 种降轨清除模式。理论计算给出了清除1200、800 和500 km 三个典型低地球轨道上空间碎片所必须的速度增量、激光器功率、单脉冲能量、激光发射镜直径等主要参数值。对比分析显示现有的硬件指标和条件能够满足清除低地球轨道上空间碎片的设计要求,因此,天基激光清除空间碎片方案从技术角度是可行的。     

航空机载镍电阻温度传感器仿真及优化设计

为满足某型航空发动机对配套镍电阻温度传感器动态热响应的技术要求,构建传感器动态热响应分析数学模型,完成6组设计方案的仿真分析,通过样件试制和试验验证,确定最优设计方案。研究表明:采用热扩散系数较高的铜制感温元件骨架材料、填充非金属导热硅脂、骨架结构为螺旋状的传感器动态热响应最快,时间常数仿真结果为17.3 s,样件测试结果为16.58 s,满足动态热响应技术要求。      

叶尖泄漏流对压气机稳定性影响的数值分析

为研究叶尖泄漏流对稳定性的影响,发展了一种叶尖泄漏涡模型,并且在由课题组开发的TUSIAC(three dimensional and unsteady stall inception analysis code)程序中实现。该程序将转/静子叶排模化为三维激盘,并在无叶区求解三维非定常欧拉方程,黏性的影响通过特性曲线体现,因此对计算资源的要求较低。数值模拟的结果表明:在叶尖间隙的影响下,压气机的性能和稳定裕度均有所下降。叶尖间隙不改变失速先兆的类型,但使得失速团旋转速度加快,周向尺寸减小。所发展的叶尖涡模型能够预测叶尖间隙尺寸对压气机稳定边界与失速起始过程的影响,从而为在设计初期考虑压气机的气动稳定性、并且优化压气机设计,提供了一种较为实用的方法。      

一类非线性不确定中立延迟系统的鲁棒自适应滑模控制

针对一类非线性不确定中立型时变时滞系统的鲁棒镇定问题,利用Lyapunov稳定性理论,提出了一种能渐近稳定系统的自适应无记忆滑模控制器.基于滑模控制技术,确保了该控制器能驱赶系统状态达到事先指定的滑动超平面,从而获得预期的动态性能.一旦系统动态达到滑动运动阶段,系统对不确定是不敏感的.自适应技术的应用克服了不确定的未知上界,使可达条件能被满足.最后,仿真例子证明了该无记忆自适应滑模控制器的有效性,从而保证了闭环系统的全局渐近稳定性.     

基于经验模态分解的地球同步轨道高能电子通量预报

在磁暴恢复相期间,大量相对论(高能)电子从磁层的外辐射带渗透到地球同步轨道区.其中> 2 MeV的高能电子能够穿透卫星表面并聚积在材料内部,导致卫星无法正常运行或完全损坏.磁暴期间的高能电子通量变化的非平稳与非线性特征十分明显.通过实验发现,经验模态分解法能够极大地降低高能电子通量非平稳性问题造成的预报影响.以2008-2009年的数据作为训练集,2010-2013年数据作为测试集.结果表明:2010-2013年的预报率约为0.84;在太阳活动较为复杂的2013年,预报率达到0.81.引入经验模态分解后预报效率得到显著提高.     

带落角约束的新型二阶滑模三维制导律

针对导弹在三维空间中攻击地面机动目标问题,提出了一种带落角约束的三维有限时间制导律。为提高收敛速度和抑制抖振现象,基于非齐异快速终端滑模面和二阶滑模控制理论设计了含耦合项的非奇异快速终端二阶滑模三维制导律,设计过程中无需对系统模型作线性化处理并且避免了奇异问题的出现。针对目标机动信息和视线角耦合带来的总扰动,设计了非齐次干扰观测器进行估计并补偿。并对制导律的稳定性和有限时间收敛特性进行了严格的数学证明。仿真验证了本文提出制导律的有效性和优越性。      

集成电液制动系统助力算法及其功能验证

针对传统真空助力制动系统无法直接应用于新能源车辆的问题,研究开发了一种集成电液制动(IEHB)系统,并形成样机。样机由中空电机、滚珠丝杠副、三腔主缸、人力缸及踏板行程模拟器等组成,集成制动助力、线控制动及再生制动等功能。设计了一种提高制动助力性能的滑模控制算法,并利用Lyapunov方程证明了该算法的稳定性。对本文算法及系统其他功能进行实车验证,结果表明:本文算法可以控制电机在三腔主缸内快速建立压力,并控制滚珠丝杠跟随踏板推杆一起运动,从而始终保持良好的脚感;系统可以实现线控及人力备份制动功能,且满足法规要求;踏板行程模拟器提供的脚感连续平滑。