结构动力系统的最优控制问题

由结构动力系统的微分方程建立起了动力系统控制的数学模型, 然后基于计算结构力学与最优控制的模拟关系, 用结构力学中的子结构消元法求解了Riccati方程, 从而确定了动力系统的最优控制律。数值例题说明了文中方法的有效性。      

基于子结构消元法的柔性结构主动控制的研究

由结构动力系统的微分方程出发,建立了主动控制的数学模型,在计算结构力学与最优控制模拟关系的基础上,采用结构力学中的子结构消元法和混合能概念建立了一套时段消元公式,进而对Riccati代数方程进行了有效的求解,从而给出了一套柔性结构主动控制的研究方法。     

二维可压粘流N—S方程的边界元解法

本文给出了一种求解二维可压Navier-Stokes(简称N-S)方程的边界元法。使用线化技术把控制方程变成变系数的线性偏微分方程,其基本解由组合代数的方法构造,从而给出了N-S方程的积分表达式。本文计算了几例低R_e数的跨声速翼型绕流,结果表明边界元法可以应用到可压粘流中。     

化学非平衡解耦算法精度分析及其改进

模拟化学非平衡流问题涉及到流动方程和化学反应方程两部分的求解,流动方程组中包含所有组元的偏微分方程,导致求解变量成数量级增加,点隐算法和全隐算法在求解源项刚性问题时,通常会涉及到矩阵求逆运算,这些因素带来的巨大计算量限制了隐式算法在复杂工程问题中的应用。1993年刘君提出了化学非平衡流解耦算法,将控制方程组分解为流动和化学反应两部分,流动方程的求解采用冻结流假设来描述流体微团沿流线的运动过程,化学反应方程的求解描述流体微团在随体坐标系下发生绝热、定容的爆炸过程。结合解耦算法和有限体积法的特点对这种解耦算法进行改进,提出的优化算法不需要求解组元变量所对应的偏微分方程组,只求解由5个基本变量构成的,形式上与量热完全气体近似的偏微分方程组,通过对比计算结果发现优化算法可以显著地提高计算效率。同时,将精细积分方法应用于化学非平衡流问题的求解中,通过与传统的VODE方法和α-QSS方法对比发现,精细积分方法的鲁棒性更优、精度对时间步长不敏感,适当的选取时间步长,可以充分发挥精细积分方法的优势。     

混合解析/数值方法及其在湍流数值模拟上的应用

针对带小时间尺度的源项的方程描述的流动问题,提出了混合解析/数值方法。混合解析/数值方法的基本思想是:分裂原始方程组为对流-扩散部分的偏微分方程和源项的常微分方程。偏微分方程采用合适的数值方法求解,而常微分方程采用解析方式积分。模型方程的理论误差研究表明,混合方法提高了源项处理的精度,降低了混合方法的整体数值误差。分析同时表明,基于时间分裂的算法在求解含源项双曲系统的定常类型问题,会存在数值振荡。为此发展了非分裂方式的混合解析/数值方法,在湍流模型数值计算中提高了数值稳定性,而且加快了计算的收敛速度。     

几类特殊的黎卡提（Riccati）方程通解求法

能用初等方法求解的微分方程是很有限的，例如形式上很简单的黎卡提（Riccati)方程，。     

弯曲进气道三维边界层预测

本文研究了弯曲进气道内三维可压缩湍流边界层的预测方法。采用非正交曲线坐标系中三维边界层积分方程,并引入掺混系数微分方程,用滞后掺混法求解,数值方法为预估-校正法,用三次样条函数解决了离散数据的插值、求导的精度问题。所编程序可在微机上运行。实例计算清楚地揭示了弯曲进气道内强横向流动对边界层发展的影响,计算所得的进气道总压恢复系数与实验值的误差为1～2％。     

基于精细积分全离散法的变齿距铣削稳定性研究

变齿距铣刀铣削作为一种有效的颤振抑制方法,受到了国内外学术界和工业界的广泛关注.针对变齿距引发的系统多时滞问题,提出了一种适用于变齿距铣削稳定性高效预测的精细积分全离散法.基于再生颤振原理,构建了考虑螺旋角的变齿距铣削动力学时滞微分方程.对时滞微分方程中的状态项与时滞项进行线性插值,构建状态传递矩阵,然后基于Floqu...     

二维叶栅无粘、跨音速绕流的数值计算

本文应用时间相关法求解跨音叶栅的绕流问题。对微分方程采用控制体积积分方法,因而各物理量均满足守恒型的。计算中应用了复合纲格及流场内的变时间步长的技巧,因而使迭代收敛时间步长缩短一半以上。在保证计算精度(误差≤1％)情况下,大大减少了计算时间。文中对五例跨音速涡轮及压气机叶栅进行了数值试验,与实测试验结果相当吻合。本方法在工程应用中很有实用价值。     

广义卡尔曼滤波的数值计算及其应用于卫星返回气动参数辨识

本文叙述了用广义卡尔曼滤波辨识空气动力系数的几个数值计算问题,主要目的是最大限度地节省计算机时和存贮,提高计算速度。分以下几部分论述;求解协方差矩阵微分方程的数值优化方法;卡尔曼增益及其校正计算;一种节省机时的过程噪声的算法;数值求导独立检验法等。以上方法已用于某卫星返回飞行数据的气动参数辨识,取得了令人满意的结果。     

飞行器控制系统的高精度计算方法

对于连续时间线性二次最优控制问题，在动力学方程和价值泛函的基础上，给出其全状态下的微分方程，进而将精细时程积分法引入上述问题，其优点为，放弃了传统的差分算法，使计算过程既简便又稳定；避免了Ｒｉｃｃａｔｉ代数方程的求解；具有非常高的计算精度。通过对某飞行器控制系统的计算，充分说明了上述特色。     

子结构消元法在结构动力系统奇异控制中的应用

建立了结构动力系统控制的数学模型,并进行了奇异控制问题的研究。基于计算结构力学与最优控制的模拟关系,给出了奇异条件下时段混合能的定义,进而采用于结构消元的一套方法推导了时段消元凝聚公式,并求解了连续时间奇异控制下的Ｒｉｃｃａｔｉ方程,给出了相应的例题。     

一类特殊的一阶常微分方程的初等积分法

微分方程是与微积分同时诞生的，从诞生的时候起，人们就试图用初等积分法求微分方程的解。经过一百多年的努力，人们掌握了一些可以用初等积分法求解的微分方程类型，也发现有许多微分方程无法用初等积分法求解。但还有很多微分方程可用初等积分法求解，只是人们还没有发现它们。所以，用初等积分法求解微分方程仍是微分方程领域的一个基本研究内容。在这篇文章里讨论了一类类似黎卡提方程的一阶微分方程的初等积分法。     

直升机动力学中参数振动问题的数值解法

 参数振动问题是直升机的基本动力学问题之一,旋翼桨叶的挥舞弯曲微分方程和摆振弯曲微分方程都是复杂的参数振动问题,在许多计论直升机旋翼动力学的论著中~[1-4],有的虽然推导了复尽杂的参数振动方程,却没有提到求解的方法,有的对此根本没有论及.本文旨在讨论参数问题的数值解法.     

飞行器再入机动制导的一种新方法

基于飞行力学的原理，建立了飞行器攻击地面目标的运动方程，进而运用计算结构力学与最优控制的相似性原理，将求解Ｒｉｃｃａｔｉ方程的一种新方法引入飞行器再入机动制导问题中。由于采用的是结构静力学中的子结构消元法，从而避免了本征值问题的求解。该方法大幅度地提高了计算速度，同时具有很好的数值稳定性，计算结果表明该方法的有效性。     

一种无条件稳定的时域推进法与有限元混合分析瞬态热传导问题

本文将一种新的无条件稳定的时域推进法与有限元结合,用于分析瞬态热传导问题。根据微-积分型热传导控制方程,对时间变量在小区闻内插值积分,变初-边值问题为一系列离散时刻的边界值问题,再应用有限元法求解之。由于推进中的每一时刻的解,都严格满足原给定的初始条件,就消除了累积误差的影响。此外,这种时域推进法对时间变量的数值积分也优于数值微分。因而,与现行的基于微分型控制方程,采用时-空有限元模型同时离散,再逐步求解的直接积分算法相比,计算精度可大大提高。不难预料,当求解较长时间后的瞬态值时,本算法的优越性会更加明显。     

含时滞结构线性时变系统伺服机构设计的PGOPO法

采用线性、连续、有界算子－分段广义正交多项式算子对含时滞结构的线性时变系统的线性伺服机构设计问题进行了研究,得到了一种形式简洁、计算精度较Ｗａｌｓｈ函数、块脉冲函数法更高的逼近方法。文中所列举的两个例子充分说明了分段广义正交多项式算子法在时滞系统伺服机构设计中的适用性和有效性。     

Optimal guidance against active defense ballistic missiles via differential game strategies

The optimal guidance problem for an interceptor against a ballistic missile with active defense is investigated in this paper. A class of optimal guidance schemes are proposed based on linear quadratic differential game method and numerical solution of Riccati differential equation. By choosing proper parameters, the proposed guidance schemes are able to drive the interceptor to the target and away from the defender simultaneously. Additionally, fuel cost, control saturation, chattering phenomenon and parameters selection were taken into account. Satisfaction of the proposed guidance schemes of the saddle point condition is proven theoretically. Finally, nonlinear numerical examples are included to demonstrate the effectiveness and performance of the developed guidance approaches. Comparison of control performance between different guidance schemes are presented and analysis.