航空发动机传感器解析余度模型的建立方法

为了使用解析余度模型对传感器故障进行诊断,提出了1种基于K-均值聚类与改进微分进化算法优化的极端学习机(IDE-ELM)的发动机传感器解析余度模型建立方法。为避免求解ELM算法时H矩阵奇异,采用K-均值聚类对试验数据进行聚类处理,然后从每类数据中选取1组数据组成训练样本用于训练;利用IDE算法优化ELM的输入层权值和偏置,提高ELM的泛化能力。利用飞行试验数据进行了仿真验证。结果表明:基于K-均值聚类和IDE-ELM设计的传感器解析余度模型具有较高的精度,可用于FADEC系统双通道传感器的故障诊断。     

基于解析梯度的微推进转移轨道优化方法

 研究基于离散脉冲策略的行星际微推进转移轨道优化问题,为改善收敛性和计算效率,提出了一种解析的梯度矩阵计算方法。首先,基于离散脉冲思想建立了行星际微推进转移轨道优化模型,通过对速度脉冲矢量进行参数变换,避免了传统优化模型初值猜测和搜索域难以界定的缺点;然后,基于变分原理分析了离散脉冲模型中轨道状态转移矩阵与状态变分之间的关系,并给出了多种轨道特征条件下状态变分的计算方法,该方法可扩展到多次状态不连续情况;在此基础上,推导了离散脉冲轨道优化模型中性能指标与轨道约束对寻优参数梯度矩阵的解析表达式。以地球-火星的燃料最省微推进转移为例对所提解析梯度方法进行了仿真验证。数值结果表明：本文推导的解析梯度矩阵是正确的,与传统数值梯度计算方法相比,解析梯度矩阵可有效改善寻优算法的收敛特性,并能够提高计算效率约47%。     

基于序列工作点的航空发动机过渡态气路分析参数选择研究

为了降低由多工作点分析(MOPA)方法的平均效应所产生的气路分析(GPA)系统误差,提出了基于航空发动机过渡工作过程的序列工作点分析(SOPA)技术,并以此为基础提出了一种系统的气路分析参数选择方法。该方法利用连续小波变换对时间信号的增强解析能力,提取待求健康参数在备选测量传感器上的参数特征,实现了在传感器安装受限条件下必要测量参数的选择。通过对SOPA子系统矩阵进行奇异值分解(SVD),获得了在过渡工作过程中不同时间片段上的健康参数可辨识性。针对大涵道比双轴分排涡扇发动机的参数分析结果表明:通过对待求健康参数的敏感性输出信号进行小波分析所确定的最简传感器布局,具备对全部待求健康参数的可辨识性;而以时间片段矩阵的条件数作为判据评估SOPA子系统的参数辨识能力,能够有效地确定具有高可靠性的SOPA时间片段位置,保证了对发动机气路部件健康状态的估计精度。     

基于自联想网络的发动机传感器解析余度技术

本文提出了一种基于自联想神经网络的传感器解析余度技术。在这种网络中,冗余传感器的信息被压缩、重组进入网络的第一部分,网络的第二部分将压缩信息恢复出来。基于数据融合原理,若一个传感器发生故障,其它传感器仍可提供足够的信息代替发生故障的传感器。理论分析和用于涡轴发动机的仿真结果表明,这种特殊结构的自联想网络具有良好的过滤噪声和故障信号的作用,特别适合于用作不易建模的复杂对象的传感器信号重构     

基于模板匹配的集中式多传感器群内目标精细跟踪算法

为解决多传感器探测下群内目标精细跟踪的难题,基于非机动情况下各探测周期内群内目标真实回波位置相对固定的特性,提出了一种基于模板匹配的集中式多传感器群内目标精细跟踪算法。该算法通过预关联成功的群状态集合与群量测集合分别建立模板形状矩阵和待匹配形状矩阵,利用匹配搜索模型和匹配矩阵确认规则选出代价最小的匹配矩阵,并基于模板和对应的匹配矩阵利用 kalman滤波完成群内各目标航迹的状态更新。仿真表明,与传统多传感器多目标跟踪算法中性能优越的基于数据压缩的集中式多传感器多假设算法相比,该算法在跟踪精度、实时性、有效跟踪率方面的性能明显优越,能很好的满足群内目标精细跟踪的实际工程需求。     

测轨时序差分观测权阵的解析表达式

基于相关权逆阵和二次差分矩阵的对应关系,利用Delta函数的性质,推导了时序差分组合的相关权矩阵公式,并利用M atlab对解析表达式进行了数值验算。该公式可以直观地反映出差分组合观测量的统计相关信息。     

关于起落架收放中转轴及转动的确定

 本文对用解析法确定起落架收放中转轴及转动的问题,进行一些探讨,除提出如何利用刚体绕斜轴的转动矩阵进行求解外,还对转轴和转角的某些求法进行补充。文中附有一飞机起落架收放算例。本文内容也可用于航空、航天器中一些天线、传感器等的收放设计。     

基于碳纤维复合材料的电容式燃油油位测量传感器

利用解析法和Ansys软件对基于碳纤维复合管材的电容式燃油油位测量传感器设计进行了计算和分析,给出了传感器的结构设计和中和电流法测量电路,实现了碳纤维复合材料在电容式油位测量中的应用。对传感器和测量系统的标定和稳定性、可靠性、高低温等试验,结果表明碳纤维复合管材电容式油位测量传感器在飞机燃油测量中的应用是可行的。     

基于二维线阵和空间滤波器的结构冲击无波速定位方法

复合材料在航空结构中的应用越来越广,但其遭受外界物体冲击后很容易在内部产生表面不可见损伤,所以对复合材料结构的冲击事件进行在线监测十分必要。基于压电传感器（PTZ）和Lamb波的冲击定位方法是目前的研究热点,但是Lamb波信号在复合材料结构中传播的各向异性给冲击定位带来了困难。本文将空间滤波器算法推广到复合材料结构的冲击监测应用中,研究了与波速无关的空间滤波器冲击定位原理,提出了基于二维线性压电传感器阵列和空间滤波器的结构冲击无波速定位方法。该方法首先采用Shannon连续复数小波变换提取并构建宽带冲击响应信号中的窄带Lamb波解析信号;然后利用波速无关的空间滤波器算法计算出结构冲击相对于各条线性压电传感器阵列的角度;最后使用冲击无波速定位公式计算出结构冲击的位置坐标。在碳纤维层合板上对该方法进行了实验验证。验证结果表明：该方法可以实现对复合材料结构的冲击进行不依赖信号传播速度的定位,定位误差小于1 cm。     

产品设计过程建模与执行系统研究

提出采用设计结构矩阵建立过程模型的方法,讨论了设计结构矩阵的层次结构,并基于图论知识对设计结构矩阵进行分析和改进,最后基于工作流模型和CORBA分布式运行协议建立了过程建模与执行系统,并应用于卫星总体概念设计过程。     

基于单叶双曲面的标准Stewart并联结构六维力传感器各向同性优化设计

基于Stewart并联结构六维力/力矩传感器在空间六维力的准确检测上具有广泛前景,设计低耦合、高精度、易于标定和使用的六维力/力矩传感器是其结构设计的关键问题.传统Stewart并联结构几何参数描述为6个相互耦合的变量,不利于实现设计参数与设计指标的解耦,而且非正交条件下的各向同性使得六维力/力矩传感器仍存在耦合,为此...     

Hybrid calibration method for six-component force/torque transducers of wind tunnel balance based on support vector machines

A hybrid calibration approach based on support vector machines (SVM) is proposed to characterize nonlinear cross coupling of multi-dimensional transducer. It is difficult to identify these unknown nonlinearities and crosstalk just with a single conventional calibration approach. In this paper, a hybrid model comprising calibration matrix and SVM model for calibrating linearity and nonlinearity respectively is built up. The calibration matrix is determined by linear artificial neural network (ANN), and the SVM is used to compensate for the nonlinear cross coupling among each dimension. A simulation of the calibration of a multi-dimensional sensor is conducted by the SVM hybrid calibration method, which is then utilized to calibrate a six-component force/torque transducer of wind tunnel balance. From the calibrating results, it can be indicated that the SVM hybrid calibration method has improved the calibration accuracy significantly without increasing data samples, compared with calibration matrix. Moreover, with the calibration matrix, the hybrid model can provide a basis for the design of transducers.     

机器人力/位并环混合运动学分析研究

提出用大系统理论进行复杂的机器人力控制研究,介绍了与之相应的智能力／位并环控制新策略,针对力控制中未知环境约束运动的特点,详述了力控制大系统智能新策略中核心：根据腕力传感器输出的三维力,考虑摩擦力的影响,推导了动态求解机器人终端与环境接触点的法向--力控方向和切向--位控方向的公式,从而建立了基于力反馈的运动学模型,有效解决了长期遗留的未知环境约束运动中的难题。     

通过铣削力或铣削扭矩监测铣刀破损的研究

为了通过铣削力或铣削扭矩波形的不均匀程度来识别铣刀是否发生破损,提出了两类识别方法。一类是计算齿周期峰值变化率;一类是计算相对最大切削厚度的偏心率。两类算法均简单、可靠,可用于各种铣削加工过程的铣刀破损监测。     

小孔钻削加工自适应控制

应用装在钻床夹具与工作台之间的测扭、测力压电晶体传感器,同时测量轴向力与扭矩的变化值, 根据所测扭矩、轴向力大小调整钻削进给量,控制钻头轴向进退及排屑,从而保证小孔、深孔的加工效率与可靠性。     

基于铜耗最小的五相永磁同步电机单相断路故障解耦容错控制

为提高五相永磁同步电机故障状态下的转矩性能,提出了一种基于铜耗最小的解耦容错控制方法。在磁动势不变原理与铜耗最小原则的基础上,求解出故障后电机的容错电流,然后根据所求得的补偿电流,推导出电机缺相后的降维变换矩阵,从而建立故障后五相永磁同步电机的数学模型,实现故障后电机的解耦控制。采用联合仿真的方法来验证所提出的容错控制算法。仿真结果表明,缺相后电机的转矩脉动得到了有效的降低,实现了电机的无扰容错运行。     

高速电主轴负载扭矩软测量技术研究

在分析高速电主轴功率与负载转矩关系的基础上,提出了一种负载扭矩软测量的方法.采用电主轴定子电压、定子电流、空载电流和主轴转速作为辅助变量,建立了基于BP神经网络的负载扭矩软测量模型.以航空发动机离合器轴承试验台扭矩检测为例,对软测量模型进行了仿真研究.仿真结果表明,该方法能够满足一定精度要求,为解决高速电主轴拖动系统扭矩传感器昂贵和不易安装等问题,提供了一种解决方法.     

双定子磁悬浮开关磁阻电机直接转矩与直接悬浮力控制

研究一种双定子磁悬浮开关磁阻电机。该电机采用内-外双定子结构,内定子和外定子上分别设置悬浮力绕组和转矩绕组。在结合拓扑结构说明其运行原理的基础上,针对该电机同时存在转矩脉动和悬浮力脉动过大的问题,提出了直接转矩(DT)与直接悬浮力控制(DSFC)策略。比较了传统方波控制策略与所提控制策略下系统的转矩脉动、悬浮力脉动以及转子径向位移波动。仿真结果表明:DT/DSFC不仅能提高系统动态响应速度,而且有效抑制了转矩和悬浮力脉动,削弱了转子径向抖振,验证了所提控制策略的有效性与优越性。     

Virtual Reality-based Teleoperation with Robustness Against Modeling Errors

This article investigates virtual reality (VR)-based teleoperation with robustness against modeling errors. VR technology is an effective way to overcome the large time delay during space robot teleoperation. However, it depends highly on the accuracy of model. Model errors between the virtual and real environment exist inevitably. The existing way to deal with the problem is by means of either model matching or robot compliance control. As distinct from the existing methods, this article tries to combine model matching and robot compliance control. On one hand, the status of the virtual robot is corrected by using the position sensor data from robot joints before and during teleoperation, and the pose of the virtually manipulated object is obtained with visual recognition technology. On the other hand, compliance control algorithms of impedance control based on joint torque sensors and hybrid position/force control based on a wrist sensor have been executed in order to eliminate the small sustaining model errors. A VR-based teleoperation system of satellite on-orbit self-serving is built up. In order to verify the proposed method, an experiment deploying the solar panel troubled by malfunction is carried out through teleoperation. It shows that the large model errors are removed with the model matching method and the adopted compliance control is robust against the remaining small model errors.     

高速精密轧辊磨头主轴电机SVM-DTC系统的无速度传感器控制

针对一种主轴砂轮线速度在80 m/s以上的高速精密轧辊磨床,以主轴异步电机YVF160L2和逆变器的数学模型为基础,采用空间电压矢量调制(SVM)与直接转矩控制(DTC)相结合的SVMDTC方案,减少轧辊磨头砂轮主轴运行时的转矩脉动;并利用模型参考自适应器建立了速度观测器,实现高速精密轧辊磨头主轴电机无速度传感的闭环控制。仿真结果表明,基于辨识速度的SVMDTC系统能有效改善主轴电机运行时定子磁链和输出轴转矩的波动,控制性能得到明显提升。