能控能观性概念在飞行控制系统设计中的应用研究

本文有两个目的:第一是表明能控能观性概念在飞行控制系统设计中有重要实用价值;第二是研究有关能控能观性概念应用的几个共同性问题。     

基于条件数的能观性度量方法及在自主导航系统中的应用

由于状态方程和观测方程的非线性,给自主导航系统的能观性分析带来了挑战。首先分析了 条件数在线性系统能观度定义中的合理性;然后,利用李导数求解出非线性系统 的能观性矩阵,并基于条件数给出了一种非线性系统的能观性度量方法;将其应用于地月转 移轨道,分别研究了地心视线矢量和月心视线矢量两种观测模型下自主导航系统的能观度; 进而,利用系统的能观度动态确定信息分配因子,结合扩展卡尔曼滤波建立信息融合自主导 航算法。仿真结果表明,本文提出的能观性度量方法能够反映不同观测模型下系统能观性的 变化情况,基于能观度的信息融合自主导航算法的轨道参数估计结果完全满足地月转移轨道 段的精度要求。
     

航天器姿态预设性能控制方法综述

针对存在不确定惯量矩阵及其它未知不确定性(如执行器故障、航天器结构发生突变等)下的航天器姿态控制问题，综述了预设性能控制及其应用的研究进展。首先阐释了预设性能控制方法的基本内涵及其关键步骤；然后分析总结了现有航天器姿态控制以及预设性能控制研究的基本概况与发展趋势；最后面向未来复杂化、智能化的空间任务对航天器控制系统提出的新需求，提出航天器预设性能控制值得研究的问题和方向。     

次p-线性p-Laplace系统周期解的存在性

论文利用临界点理论中的极小化原理,获得了一类次p-线性p-Laplace系统周期解的存在性的充分条件,所得结果推广和改进了已有结论。     

高超声速飞行器新型预设性能控制器设计

针对强不确定、多约束条件下高超声速飞行器的控制性能问题, 提出一种新型、同时保证高超声速飞行器瞬态响应和稳态性能的鲁棒预设性能控制器设计方法。首先, 设计一种新型、时变、对数型障碍Lyapunov函数, 结合动态面法, 在保证高超声速飞行器高度和速度子系统稳态跟踪误差精度的同时, 还能确保其收敛速度、超调量等瞬态响应性能;与传统的预设性能方法相比, 该方法无需误差转化, 降低了设计的复杂度。然后, 针对模型和外部扰动不确定问题, 设计了自适应、非线性干扰观测器对不确定的上界进行估计并引入控制律。此外, 还引入辅助误差子系统, 降低高超声速飞行器执行机构饱和对闭环系统的影响。最后, 通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统所有状态均有界。仿真结果验校了本文控制器设计的有效性。     

单输出系统的能观性度量方法及其应用研究

针对单输出非线性系统,基于现有能观性理论并利用条件数给出了能观性指数的定义 ,以此来衡量系统的能观度。将该能观度分析方法用于圆型限制性三体系统,按参考轨迹给 出了航天器各位置分量对系统状态的能观度,相关结果以及分析方法本身可为复杂环境下航 天器导航系统观测变量的选择提供参考。
     

一种基于层次分析法的地磁匹配制导适配性评价方法

针对基于单一地磁场特征参数进行匹配区适配性评价易出现误判的现象,提出了一种基于层次分析法的适配性评价方法。通过对大量试验数据分析,定义了可信度的概念,分析了4种常用地磁场特征参数与匹配概率之间的可信度,发现单一特征参数不能作为适配性评价的有效依据;从分析地磁场特征参数隐含的信息入手,提出一种基于层次分析法的适配性评价方法,以实现有效评价适配性的目的;基于上述方法在选定区域进行了适配性评价实验。通过数据分析发现：利用本文提出的方法进行的适配性评价结果,与匹配仿真实验所得结果具有良好的一致性,可信度较之基于单一地磁场特征参数的适配性评价效果改善明显。
     

基于奇异值分解的航天器自主导航系统能观度分析

目前基于系统能观度的分析方法均存在一定的不足,为了克服这些问题,提出一种基于奇异值分解(SVD)的系统能观度分析新方法,该方法能同时对系统状态整体和各个状态分量进行能观性和能观度分析,且应用较为方便.同时,利用该方法对基于星敏感器和地球敏感器的航天器自主导航系统进行能观度分析,通过仿真计算分析给出影响该系统能观度的主要因素,所得结论可以对航天器实际工程中自主导航系统的敏感器配置及导航滤波器设计提供参考.     

速度信息缺失的平动点轨道交会预设性能控制

以平动点轨道的交会对接为研究背景,基于高阶积分链微分器和预设性能控制理论提出了一种仅需相对位置信息的平动点轨道近程交会控制律。首先利用高阶积分链微分器估计两航天器的相对速度状态,并设计预设性能控制器使得两航天器的相对运动状态在预设的边界内渐近收敛到期望状态。然后利用李雅普诺夫函数证明相对运动状态存在扰动时控制器的稳定性。该方法为闭环控制,且与模型无关,容易在线操作。仿真结果表明,在平动点轨道航天器存在未知扰动以及导航制导等不确定的情况下,利用所提交会控制律能够实现追踪航天器与目标航天器交会任务的高精度实时控制,具有较强鲁棒性。     

非线性控制系统的观测器线性化和观测器构造

本文研究了非线性控制系统状态观测器的设计问题。首先,通过非线性坐标变换,给出了非线性系统的规范型观测器,然后,研究了观测器线性化问题的可解性,给出了规范型观测器存在的充要条件,并讨论了非线性状态观测器的一种简化设计方法,使得观测器的构造并不需要求解偏微分方程组。所得结果是线性系统观测器理论在非线性系统中的推广。     

低成本飞行试验平台的FADS技术研究

在国内首次利用成熟的低成本火箭弹平台,开展超声速(马赫数>3)飞行试验的嵌入式大气数据传感系统技术研究。针对嵌入式大气数据传感系统的求解算法,测量系统和误差影响等关键技术问题,建立基于神经网络技术的求解算法和设计飞行试验方案,并完成飞行试验和数据分析研究。研究结果表明基于神经网络技术的求解算法具有较好的鲁棒性和较高的求解精度。测量结果与雷达测量结果基本吻合,验证了算法设计;测量结果相对于雷达测量结果,静压平均相对误差约为5.2%,最大相对误差18.8%;马赫数平均相对误差4.2%,最大相对误差14.9%。攻角和侧滑角的测量结果与理论弹道结果变化趋势接近。研究结果可为相关飞行试验技术研究提供参考。     

应力—强度干涉理论在战术导弹固体发动机结构可靠性评估中的应用

根据某空-空导弹发动机的研制试验结果,用蒙特卡洛法进行了计算机模拟,然后再用应力-强度干涉理论进行了发动机结构可靠性评估,结果表明,模拟结果和实际结果相符,结构可靠性评估结果合理、有效。     

复合材料壳体在水压和地面热试验状态下的大变形有限元分析

用等效正交异性轴对称八节点等参元对固体火箭发动机壳体进行了大变形有限元分析。首先计算了壳体承受内压作用下的应力与变形,并与其水压试验结果进行了比较,然后计算壳体在热试验状态下的应力与变形,也与其水压试验的计算结果进行了比较。     

航天器贮箱内液体晃动阻尼研究(二):数值计算

针对航天器贮箱中燃料晃动阻尼进行估算.在液体晃动阻尼理论研究的基础上,考虑了容器壁面、液体内部以及受污染的自由液面处产生的耗散,建立了一套计算刚性容器中液体小幅晃动阻尼的有限元计算方案,并将计算值与实验值以及经验公式值进行了比较.结果发现大部分情况下的实验值落在两种极端情况的计算值之间,此外如果将液面污染的Stokes边界层阻尼以一定的加权因子引入,可以获得与由实验数据拟合的经验公式一致的结果.     

燃烧室压强对小型柔性接头的影响

研究了燃烧室压强对小型柔性接头轴向位移、增强件和弹性件结构强度的影响.采用Mooney-Rivlin材料模型模拟柔性接头中的弹性件,利用ANSYS软件进行仿真计算,并将仿真结果和文献中试验值及经验公式计算值进行比较.结果表明,柔性接头的轴向位移随燃烧室压强的增大而增大,呈分段式线性关系,且在燃烧室压强较小时,仿真值高于...     

固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究

通过研究长尾喷管烧蚀机理,建立了一套模拟长尾喷管烧蚀的实验方法,设计了研究长尾喷管发动机烧蚀性能的实验装置,并进行了正常状态和过载状态下的长尾喷管烧蚀实验,同时获得了烧蚀实验数据及烧蚀形貌。通过建立的数值计算模型,开展了对长尾喷管烧蚀的数值计算研究。将实验结果与数值模拟结果进行了对比分析,两者在一定程度上吻合较好,从一个侧面验证了数值模拟的有效性。     

角形结构的电磁散射和雷达截面分析

角形结构是飞行器及其它许多目标的强散射源之一。本文采用复射线展开法分析了双平面角形结构的雷达截面,所得计算结果与实验结果及其它方法的理论结果十分吻合。     

非死锁合同网协议驱动的多机分布式时序任务分配

针对多无人机协同任务分配的时序约束问题，提出了基于非死锁合同网协议(DF CNP)的分布式时序任务分配方法，从理论上避免任务死锁，提升分配结果最优性。定义了局部信息条件下时序任务死锁判据，通过检测时序任务图环路状态与顶点可达性，判定分配方案的全局死锁状态，保证分配结果的可行性。定制了最近邻-深度优先混合搜索算法，在合同网排序过程中优先选择最近邻任务，并结合死锁判据递归回溯，在分布式架构下并行生成满足死锁约束的任务排序方案，提升分配结果的最优性。仿真对比结果表明：相比于非死锁遗传算法(TB GA)，DF CNP在求解效率方面具有显著优势；与耦合约束一致性束算法(CBBA TCC)相比，DF CNP结果最优性明显提升。     

补燃发动机涡轮泵联试强迫起动程序设计

以采用强迫起动方式的补燃发动机涡轮泵联试系统为研究对象,建立了系统的动态模型.对联试装置进行了综合冷调试验并对联试的起动过程进行了数值模拟.结合综合冷调试验结果和数值仿真结果,制定了系统的起动程序.试车结果表明联试系统起动过程平稳.对计算结果和试验结果进行了对比,二者吻合的较好.     

不同形状弹头的导弹目标雷达散射截面的计算

对处于高频区的导弹目标的电磁散射特性进行了研究分析,综合运用各种高频方法,计算了三种典型形状弹头的飞航导弹目标的雷达散射截面,并经过了文献中给出的测量结果的验证。最后,依据仿真结果对如何实现导弹目标隐身的措施进行了讨论。