基于IRAPF算法的航天器姿态确定

针对航天器姿态确定系统中存在较大初始误差及非线性较强的问题,提出了一种基于改进的正则化辅助粒子滤波（IRAPF）算法的航天器姿态确定方法。该算法将正则粒子滤波（RPF）与辅助粒子滤波（APF）相结合,将快速高斯变换（FGT）方法引入其中以减少计算量提高滤波的收敛速度。算法不仅有效地抑制了粒子退化问题,而且利用最新观测粒子来优化采样,并且在引入FGT后计算量与正则化的辅助粒子滤波相比降低了30%,改善了滤波的实时性。仿真结果表明了滤波的有效性。     

非线性系统的右独立阶及其应用

定义非线性右可逆系统的一组结构常量, 即右独立阶. 证明右独立阶在正则静态反馈下保持不变,同时举例指出右独立阶在正则动态反馈下可以改变. 研究了右独立阶在解耦问题中的应用, 指出利用右独立阶可完全刻划正则静态反馈解耦问题,并初步讨论了右独立阶在非线性Morgan问题上的应用.     

一类反馈型非线性系统的跟踪控制

为了完成对一类反馈型非线性系统的控制,研究了该类非线性系统。首先,根据LaSalle不变性原理论证了一类自治系统收敛的引理。然后,引入误差函数,通过误差函数的Lyapunov函数寻找使得误差函数渐近稳定的控制器,再根据引理得出系统状态所跟踪的轨迹全部收敛,从而使得系统状态均有界,系统的输出趋于输入;论述了控制器使系统状态稳定的条件,给出了闭环系统稳定性的证明。最后,给出了一个固定翼飞机纵向运动飞行控制系统的算例,并且按照所提的方法设计了控制器,在MATLAB的Simulink模块下进行了仿真验证。结果表明,对于阶跃信号和正弦信号,所提出的控制方法能够使得飞机俯仰角快速收敛跟踪指令。      

VCM-DDV建模与控制仿真

基于AMESim和Simulink的协同仿真环境,对新型音圈电机直接驱动伺服阀(VCM-DDV,Voice Coil Motor-Direct Drive Valve)进行了仿真研究.采用AMESim建立了VCM-DDV的非线性模型及虚拟液压测试系统,采用Simulink建立了数字控制器模型,通过接口组成了协同仿真环境.将VCM-DDV视为线性部分与非线性部分叠加,并将非线性部分视为线性系统状态空间的一个状态,建立了系统的状态空间模型.用全状态观测器得到非线性干扰项,设计了LQR(Linear Quadratic Regulator)全状态反馈和非线性补偿的复合控制方法.仿真结果表明:非线性补偿提高了系统的稳态控制精度,LQR状态反馈可以使系统达到需要的动态性能.     

电液复合系统中的相乘非线性控制

针对机载电液复合控制非线性被控系统,建立了系统的相乘非线性数学模型,提出了基于反馈线性化的在线滚动优化控制方法.系统的相对阶小于系统的阶数,因此通过反馈线性化将非线性被控系统化为一线性子系统和非线性部分,在保持非线性部分零动态渐近稳定的基础上,引入在线滚动优化提高系统的动态响应, 而且未建模动态具有很强的鲁棒性,目标优化函数取控制量的偏差和跟踪误差的偏差的二次型,并且通过状态反馈保持整个系统的稳定性.系统仿真研究表明该控制方法使得系统对不确定因素和外来干扰具有很强的鲁棒性,系统具有更好的动态性能.     

基于小波包和BP网络的滚动轴承状态寿命模型

使用状态寿命(即状态良好、初始损伤、故障发展和即将失效4个寿命阶段)描述滚动轴承的使用寿命,并建立了滚动轴承状态寿命的评估模型.状态寿命评估模型建模的关键是振动信号的特征提取和状态的识别算法.针对滚动轴承振动的特点,根据小波包变换能将信号按任意时频分辨率分解到不同频段的特性,提取小波包重构信号的频带能量构造特征矢量,利用推广性能良好的贝叶斯正则化BP网络作为状态寿命评估的算法建立特征向量与状态寿命之间的映射,采用滚动轴承全寿命试验数据作为学习样本,训练和确定评估模型.试验验证了模型的有效性和可信性.     

轮控欠驱动航天器的姿态控制特性

针对由飞轮控制的欠驱动航天器,研究了直接以飞轮转速为控制输入时航天器姿态的小时间局部可控性与可镇定性。首先,视飞轮转速为输入,将航天器与飞轮总角动量守恒的约束直接纳入系统动力学方程中。然后,利用非线性系统的可控性与可镇定性理论分析该系统方程在分别带有一个和两个飞轮时的控制特性。结果表明,仅在带有两个非共轴的飞轮时航天器的姿态才有可能满足局部可控;同时,系统已经不能被时不变光滑状态反馈渐近镇定,但至少可以被分段连续的状态反馈渐近镇定。据此,设计了基于四元数的非光滑控制器使得航天器的姿态迅速镇定,同时飞轮转速不超过最大转速,既验证了理论分析结果的正确性,又具有一定的实用意义。     

力伺服系统的模糊自适应控制

位置扰动型施力系统存在着多余力的问题,同时由于系统的非线性及参数时变等因素的影响,给系统的校正和优化带来了困难,为了消除位置扰动型施力系统中存在的多余力以及非线性,参数时变等因素的影响,采用在非线性前馈校正基础上的模糊自适应控制策略,可以较好地消除系统的多余力,同时克服了系统的非线性及参数时变等因素的影响,改善系统的动态品质,仿真研究的结果验证上述结论。     

基于参数辨识的大型航天器自适应角动量管理

航天器姿态控制/角动量管理(ACMM)通过调整航天器姿态使引起控制力矩陀螺(CMG)角动量积累的扰动力矩相互抵消,从而有效减小用于CMG卸载的燃料消耗.设计的基于在线参数辨识的自适应ACMM控制器由在线参数辨识回路和反馈线性化回路构成.反馈线性化回路通过状态变换以及相应的输入变换,将原ACMM系统精确等价为一线性系统,通过线性控制器的设计得到适用于原系统的非线性控制律.在线辨识回路利用闭环控制信息对航天器质量特性进行辨识,弥补了反馈线性化对系统模型参数敏感的不足.以空间站组合体舱段转移任务为例进行的数学仿真显示,控制器在力矩平衡姿态(TEA)远离对地定向姿态时具有良好控制性能.     

无线通信非线性失真仿真器的设计与实现

航空航天领域应用的通信系统由于发射功率和频谱利用率较高,需要考虑功率放大器非线性失真的干扰.已进行的大量研究,主要围绕功放非线性失真的模型描述和线性化方法.从测试角度出发,设计一种用于测试无线通信中抗失真干扰的能力的功放非线性失真仿真器,测试自适应预失真系统的工作性能,以及在指定功放条件下开发通信系统.此仿真器基于现有功放非线性失真模型,在数字信号处理器件中采用CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)流水线和LUT(Look-Up-Table)方式实现了失真模型的AM-AM和AM-PM变换.软件仿真及硬件输出结果显示,此仿真器实现了非线性模型描述的失真效果,验证了设计的可行性.      

线性时不变系统Kalman标准分解中的几个问题

 证明了线性时不变系统一般不能通过先可控分解,再分别对可控和不可控子系统进行可观分解而得到Kalman标准型.并讨论了在4个子空间< A|β >∩η、< A|β >∩η^⊥、< A|β >^⊥∩η和< A|β >^⊥∩η^⊥中取一组基,构造一个化系统为Kalman标准型的非奇异变换的可能性.最后,证明了在一定条件下存在一个正交变换,可将线性时不变系统化为Kalman标准型.     

基于多项式级数法的线性时变系统的结构分析

采用多项式级数变换法对时变线性系统的结构性质,主要是能观性、能控性进行了初步研究。对于多项式展开后得到的近似系统－ｍ级数值模型,给出了相应的不能观、能观、能控的定义及状态转移系数阵的概念;并且得到了在这种定义下,近似系统在某点的可观性、可控性和原时变系统在这点可观性、可控性之间的关系,从而说明进一步运用多项式展开后的系数阵来判别原时变线性系统的能观性、能控性以及其它结构性质的研究是很有可能的。     

线性特征系统的标准形

本文在可控、可观测的条件下,建立了线性特征系统的标准形,并说明了系统结构参数d_1在建立标准形过程中的作用。对d_1=0的情况,通过上述标准形讨论了矩阵A的生成元所具有的独特性质。     

非完整链式系统的全局连续K指数镇定

为非完整链式系统提出了两种全局连续反馈控制律,即连续时变反馈控制律和动态时不变反馈控制律.第1种控制律通过引入一个与状态初值有关的指数衰减项,来保证控制律的连续性和渐近性.第2种控制律通过引入一个可自由设定初值的辅助状态,来保证系统的可控性以及控制律的连续性和渐近性.这两种控制律可以保证系统所有状态以指数速度渐近地、连续地收敛到原点,克服了以往控制律不能同时具有连续性、渐近性和指数收敛速度的缺陷.所得控制律应用于移动机器人系统和一个4维链式系统的镇定,仿真结果表明:状态轨迹和控制轨迹的光滑度和收敛速度都要优于以往控制律.      

不确定非完整动力学系统的变结构指数镇定

链式系统是非完整运动学系统的一种标准形式. 通过坐标和输入变换,许多非完整运动学系统均可化为这种形式.当非完整运动学系统可化为链式系统时, 直接基于一类不确定非完整动力学系统, 利用变结构控制的方法设计了全局镇定控制律. 该控制律的特点是: 存在一个有限时间,使得在此时间后闭环系统的状态可以以任意速率指数收敛到零. 最后将该方法用于一类移动机器人的控制器设计,仿真结果验证了该方法的有效性.      

太阳帆航天器悬浮轨道动力学与控制

基于线性动力学模型和非线性动力学模型,研究了太阳帆航天器日心悬浮轨道保持与控制问题.首先,推导出了柱坐标形式的太阳帆动力学方程,并在参考悬浮轨道附近线性化以建立状态方程,然后对状态方程进行可控性分析.通过合理选择控制变量加权矩阵R,用线性二次型调节器(LQR)对线性模型进行控制.将得到的控制律代入非线性模型中进行验证,表明该控制律渐近稳定,并且具有良好的控制精度,可实现太阳帆悬浮轨道控制.      

Microtubule self-organisation depends upon gravity.

The molecular processes by which gravity is transduced into biological systems are poorly, if at all, understood. Under equilibrium conditions, chemical and biochemical structures do not depend upon gravity. It has been proposed that biological systems might show a gravity dependence by way of the bifurcation properties of certain types of non-linear chemical reactions that are far-from-equilibrium. We have found that in-vitro preparations of microtubules, an important element of the cellular cytoskeleton, show this type of behaviour. On earth, the solutions show macroscopic self-ordering, and the morphology of the structures that form depend upon the orientation of the sample with respect to gravity at a critical moment at an early stage in the development of the self-organised state. An experiment carried out in a sounding rocket, showed that as predicted by theories of this type, no self-organisation occurs when the microtubules are assembled under low gravity conditions. This is an experimental demonstration of how a very simple biochemical system, containing only two molecules, can be gravity sensitive. At a molecular level this behaviour results from an interaction of gravity with macroscopic concentration and density fluctuations that arise from the processes of microtubule contraction and elongation.     

三级倒立摆系统的可控性与可观性分析

研究了由单电机控制的三级倒立摆系统的可控性和可观性。通过对单电机控制的三级倒立摆系统建立数学模型，并在平衡位置附近线性化，得到线性数学模型，然后根据可控性和可观性判据，得出该系统完全可控和完全可观的结论。     

基于层次分析的信息物理网络多维攻击损毁评估

由于信息物理网络交叉互联、多重连接的特点,易成为网络攻击的对象目标。通过对信息物理网络的网络体系架构和网络应用特点进行相关研究,提出了一种信息物理网络多维攻击损毁评估模型。将信息物理网络分为物理层、规则层、服务层3个维度,基于每个维度分别给出网络攻击损毁评估属性计算方法。通过对网络状态监测,可以得到拓扑稳定性、连通可用性、失效可控性,传输稳定性、丢包可用性、误码可控性,响应稳定性、业务可用性、风险可控性3个维度的攻击损毁评估属性。采用层次分析法得到信息物理网络3个不同维度及网络整体的攻击损毁评估结果,为信息物理网络的安全防护提供支撑与依据。模拟信息物理网络遭受分布式拒绝服务攻击,并采用所提方法进行攻击损毁评估,验证了所提模型的实用性和有效性。