漂浮基空间机器人捕获卫星过程动力学模拟及捕获后混合体运动的RBF神经网络控制

 讨论了漂浮基空间机器人在轨捕获目标卫星过程的碰撞动力学建模,以及捕获操作结束后空间机器人与卫星混合体的稳定控制问题。首先采用多刚体动力学建模方法并结合空间机器人捕获目标卫星过程中的碰撞动力学特性,建立了漂浮基空间机器人在轨捕获漂浮卫星过程的动力学模型,并在此基础上计算出完成捕获操作后空间机器人与目标卫星混合体关节的运动速度。然后针对卫星及空间机器人系统惯性参数均是未知的复杂情况,应用上述模型、神经网络控制理论和Lyapunov稳定性理论,设计了空间机器人与卫星混合体在捕获过程碰撞冲击影响下稳定运动的高斯径向基函数神经网络控制方案,以达到对捕获卫星的有效控制。此外,高斯径向基函数神经网络控制方案具有不需要测量和反馈载体位置、移动速度与加速度的显著优点。系统数值仿真证实了上述控制方案的有效性。     

基于径向基函数的网格变形及非线性气动弹性时域仿真研究

为开展非线性气动弹性研究,基于非线性结构有限元软件NASTRAN和自主研制的多块结构化计算流体力学(CFD)求解器,开发了一套基于计算流体力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合求解方法的气动弹性时域仿真程序.该程序采用径向基函数(RBF)交换两套求解器之间的数据并进行网格变形.为提高RBF方法的效率,构造了基于多次插值的空间待插值点精简算法.在多次插值过程中,每次插值的对象为上次插值的误差,并同时限制插值区域,以此实现了空间待插值网格数的精简.数个网格变形的算例表明该方法可支持大变形运动,并且具有较高的计算效率.采用此程序开展了AGARD 445.6机翼颤振计算、大展弦比机翼的静气动弹性计算与切尖三角翼极限环振荡(LCO)现象的动气动弹性仿真,结果揭示了当机翼展弦比较大或者响应幅值较大时,结构非线性对于气动弹性有显著影响.     

基于趋势分析的发动机振动故障识别

总结十种航空发动机整机故障的振动特征发现,单纯从频率角度分析几乎所有故障模式都表现为转子基频,但是不同故障的振动幅值发展趋势却有所不同.基于此提出了基于趋势模型的发动机振动故障识别方法.讨论了发动机整机振动趋势的数学描述及不同故障模式的趋势发展特征;建立了平稳波动模型、周期摆动模型、线性发展模型和阶跃突起模型分别描述发动机振动正常状态和三种典型故障模式;为了有效识别上述四种模型,提出了模型识别准则并实现了识别算法.最后以四组发动机实测趋势数据作为案例进行验证,结果表明该方法可以有效地区分故障模式,验证了该方法的正确性和工程实用性.     

0-1线性规划的连续化求解方法

针对0-1线性规划的优化问题,提出一种惩罚函数方法。考虑到0-1线性规划的最优值特征,通过在目标函数中加上惩罚函数,将0-1离散线性规划模型连续化成非线性规划模型,并使用Matlab的Fmincon函数进行求解。经对多个算例的计算,并和其他算法比较,结果表明惩罚函数法的可行性和有效性。将该方法应用于实际的飞机排班问题上,取得比较满意的结果。     

一种求解Euler方程的简化气体动理学模型

基于一种简化的平衡分布函数,提出一种新的动理学通量矢量分裂（KineticFluxVectorSplitting,KFVS）格式来求解Euler方程。算例证实,新的KFVS格式继承了原始KFVS格式中捕捉激波准确、无数值震荡的优点。与原始的KFVS格式相比,由于简化的平衡分布函数与Maxwellian平衡分布函数相比复杂程度大大降低,计算中不需要再计算误差函数,新的KFVS格式的计算效率得到了很大提高。在同样的计算精度下,新KFVS格式比原始KFVS格式计算效率提高了一倍以上,显示了新格式具有良好的数值模拟性能。     

基于 MTF的潜航体尾迹 SAR成像仿真

基于水动力学理论和波流弱相互作用理论,运用波作用量谱平衡方程研究了潜航体的尾流场与表面波作用后的表面尾迹,探讨了采用传递变换函数实现表面尾迹SAR成像的可行性。研究表明,波作用量谱平衡方程能够较准确地计算出潜航体尾流场与表面波之间的非线性相互作用;传递变换函数能够快速有效实现海面后向散射系数到SAR图像的转换,且保证了较高的精度。     

基于响应面插值的非线性气动弹性计算

飞翼、大展弦比低雷诺数气动布局容易在小迎角的条件下出现气流分离,会带来明显的非线性气动力问题,同时气动弹性带来的影响亦不可忽略。针对此类布局提出一种建立基于径向基函数插值的非线性压力系数分布模型的方法,利用径向基函数插值建立面元上压力系数对迎角导数的响应面,将压力系数积分并通过无限板样条(IPS)方法进行气动结构多次迭代插值实现非线性气弹分析。结果验证了该方法对于静气动弹性分析的有效性,同时能准确地反映弹性带来气动效率的降低和变形对升力及阻力的影响。     

任意采样率变换数字重构滤波器设计

针对理想重构函数在数字信号域不可实现而直接截取性能较差的情况,根据信号重构理论和FIR（Finite Impulse Response,有限脉冲响应）滤波器窗函数设计法,分析不同窗函数、不同截取长度对重构滤波器的影响,提出一种凯塞窗任意采样率变换数字重构滤波器设计方法.该方法通过选择合适的窗参数、截取长度、重构滤波器时域精度和量化位数,有效控制阻带最小衰减抑制数字重构镜像.设计的数字重构滤波器已成功应用于某卫星基带调制解调器,符合镜像抑制大于65 dB的性能要求.     

H~2(I)空间上的多分辨分析

Sobolev空间在偏微分方程理论中占有重要的地位 ,且关于 Sobolev空间 H20 (I)的多分辨分析 (MRA)也已经被建立起来。然而在处理偏微分方程的边值问题时就显得有些不足 ,尤其是捕捉靠近边界层附近的激波。在本文中给出了 Sobolev空间 H2 (I)的尺度函数以及它们之间的双尺度关系。在其基础上可以直接建立 Sobolev空间 H2 (I)的多分辨分析 (V0 V1 … ) ,其中 Vj 是由尺度函数通过平移与伸缩得到的。最后分析了关于Sobolev空间 H20 (I)与 H2 (I)的多分辨分析关系并给出了 Sobolev空间 H2 (I)的小波分解算法。     

一般数据集的C^2有理保形插值

给出了一种适用于一般数据集的有理保形插值函数，其在每个子区间上是一个不超过三次的有理多项式，在整个区间上是C^2连续的。S（x）可保持数据集的凸凹性和拐点性质以及局部单调性。在满足保形性和C^2连续性的前提下，S（x）在插值节点处的一阶导数可在一定范围内自由选取，因而，可利用其调整插值曲线的形状，以获得最佳设计效果；也可以利用其满足其他要求，如可选取S(x）在节点处的一阶导数值，使其在任何情况下都可保证与被插函数在节点处的一阶导数有较高的逼近阶，从而使S(x）与被插函数有较高的逼近阶。本文中构造有理C^2保形插值的算法简单，计算量极小，优于现有文献中的保形插值算法。