Design and Application of Discrete Sliding Mode Control with RBF Network-based Switching Law

This article proposes a novel approach combining exponential-reaching-law-based equivalent control law with radial basis function (RBF) network-based switching law to strengthen the sliding mode control (SMC) tracking capacity for systems with uncertainties and disturbances. First, SMC discrete equivalent control law is designed on the basis of the nominal model of the system and the adaptive exponential reaching law, and subsequently, stability of the algorithm is analyzed. Second, RBF network is used to form the switching law in a direct and online manner with sliding-mode-related inputs and by approximating evaluation function; and the method to adjust its parameters is devised. Finally, comparable experiments are carried out to verify the application of the proposed approach to an inner-axis driven by a direct current (DC) torque motor through extra-low speed servo for a high precision flight simulator, and the axis works under deteriorating conditions such as periodically fluctuating torques of motor, nonlinear friction, and time-varying model parameters. The results show that the combined SMC can effectively improve the servo performance, for instance, to a stable 0.000 08 (°)/s speed response, the tracking error would be within 0.000 08° in 98% of operating times. Moreover, the hybrid nature of the approach imparts the RBF network the features of removing offline training and ease to set initial parameters.     

针栓式喷注单元膜束撞击雾化混合过程数值模拟

为了全面认识针栓式喷注器喷雾场结构，基于自适应网格加密技术和分三相计算的PLIC VOF（Piecewise Linear Interface Calculation Volume of Fluid）方法对针栓式喷注单元膜束撞击雾化混合过程进行了仿真分析，通过对两路推进剂分别进行界面追踪，获得了膜束撞击雾化混合过程的详细结构特征，与高速摄影试验结果定性定量对比均吻合较好，验证了数值方法的准确性。以此为基础对膜束撞击的喷雾场结构、撞击变形过程、流场涡结构、雾化破碎典型特征及破碎后的雾化混合分布特征进行了识别分析，结果表明：膜束撞击形成了液束未穿透液膜和液束穿透液膜2种不同的喷雾扇结构。膜束撞击形成的喷雾扇呈"Ω"形，膜束同时发生弯曲变形和横截面变形。另外，膜束撞击同时受到正压和剪切应力作用，导致了一系列复杂涡流现象，使得相互作用增强，雾化混合均增强，这也是膜束撞击喷注构型优于膜膜撞击的本质原因。最后，还发现膜束撞击喷雾场液滴分布呈现分区结构特征，分别是液束控制主导的上雾化区、液膜控制主导的下雾化区及夹在中间的混合区，实际中应兼顾雾化特性和混合特性，选取中等动量比膜束撞击，这可为针栓式喷注器的理论研究和工程设计提供重要参考。     

弯曲网格上的间断有限元湍流数值解法研究

采用间断有限元方法对雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程进行了数值求解,对Spalart-Allmaras单方程湍流模型进行了部分修正,使得求解器更加鲁棒。构造了分段高次多项式来逼近真实物面,同时物面附近采用多层弯曲网格来避免网格交叉,此外提出了一种快速计算积分点的曲面物面距的方法。采用混合网格对NACA0012翼型以及RAE翼型进行了数值计算,并与实验数据以及前人数据进行了对比。计算结果表明,采用物面弯曲网格结合修正的湍流模型方法在相对稀疏的网格上就能得到比较好的数值解。     

目标函数误差估算及网格自适应处理

发展了一种基于目标函数误差估算的网格自适应准则,进而通过网格自适应处理提高目标函数计算的效率和准确性。首先描述了目标函数的误差估算及修正的方法,该方法通过伴随方程将原方程的残值误差与目标函数联系起来。然后,基于误差估算建立网格自适应准则,以减少目标函数修正后的剩余误差,提高目标函数计算结果的准确性,并将方法进一步发展至多目标问题。最后将该准则应用于Euler方程控制的NACA0012翼型无粘可压流动的网格自适应模拟。数值计算成功地捕获了与升力、阻力和力矩等目标函数相关的特征流动区域,计算出符合指定精度要求的目标函数值,验证了本文所发展的方法。     

Transient simulation of regression rate on thrust regulation process in hybrid rocket motor

The main goal of this paper is to study the characteristics of regression rate of solid grain during thrust regulation process. For this purpose, an unsteady numerical model of regression rate is established. Gas–solid coupling is considered between the solid grain surface and combustion gas.Dynamic mesh is used to simulate the regression process of the solid fuel surface. Based on this model, numerical simulations on a H2O2/HTPB(hydroxyl-terminated polybutadiene) hybrid motor have been performed in the flow control process. The simulation results show that under the step change of the oxidizer mass flow rate condition, the regression rate cannot reach a stable value instantly because the flow field requires a short time period to adjust. The regression rate increases with the linear gain of oxidizer mass flow rate, and has a higher slope than the relative inlet function of oxidizer flow rate. A shorter regulation time can cause a higher regression rate during regulation process. The results also show that transient calculation can better simulate the instantaneous regression rate in the operation process.     

三维非对称斜劈高速流动计算方法研究

交叉激波是高超声速进气道发展的关键气动问题之一。为实现对此类高速流动的准确数值模拟,基于RANS方程的自研多块结构网格计算软件,对经典三维非对称斜劈构型的斜激波交叉干扰流动特征开展了计算研究。通过对比分析,系统评估了计算网格、湍流模型及高精度格式对空间流场、底板摩擦力流线、压强分布、绝热壁温分布等的影响,获得了适用于三维非对称高速流动问题的网格生成准则和计算策略,同时验证了自研软件的模拟能力。     

基于滑模自适应控制的不确定混沌系统修正函数投影同步

研究了一类不确定混沌系统的修正函数投影同步。首先,设计了一类滑模曲面;基于该曲面设计了同步控制器,并采用自适应技术设计了自适应律对不确定参数进行逼近。在一定条件下,该同步控制方案可以实现2个不确定异结构混沌系统的修正函数投影同步。然后,为保证合适的控制量,对控制增益进行了优化。从同步效果来看,所设计的控制器对混沌系统的不确定项的影响具有较强的鲁棒性。最后,数值仿真验证了该控制器的有效性和可行性。     

倒立摆系统的建模与积分滑模控制

在研究了倒立摆系统动力学模型的基础上,提出了一种积分滑模变结构的控制方法。通过设计积分性质的非线性滑模面,可以减少系统静差,提高控制精度,系统鲁棒性能获得了很好的保存。仿真证明,该方法能够在较短时间内实现系统的稳定,提高系统的控制精度,使倒立摆系统具有更高的稳定性和鲁棒性。     

基于终端滑模的打击时间与打击角度约束制导律

针对打击角度和打击时间约束制导问题,设计一种非奇异终端滑模寻的制导律。首先,将导弹视线角误差参考轨迹设计成含有一个未知参数的时间多项式以满足打击角度约束;而后,基于固定时间稳定设计一种终端滑模制导律使得跟踪误差收敛至零,同时利用在线优化方法确定未知参数的值以实现打击时间控制。所设计的制导方法不需要估计剩余飞行时间和预测碰撞点。数值仿真结果表明,该制导律能够保证导弹以期望打击角度和打击时间拦截匀速运动目标,具有良好的制导性能。     

滑动运行继电式激光制导系统

 继电控制式激光制导系统的简单性使它具有高可靠性、低成本等优点。而系统自振使得弹着点散布大,降低了制导精度。将滑动运动模态引人系统,使其变成滑动运行的继电控制方式。结果,弹着点散布压缩,制导精度提高,而且保持了原系统的优点。介绍了该系统的组成,分析了提高制导精度的原理,并提供一些仿真结果。