太空发电站参数化有限元建模与设计平台

在进行太空发电站的动力学与控制研究时,由于其结构尺寸庞大,单元与节点众多,传统有限元建模方法效率极低,通常只能将其假设为刚体或刚柔耦合系统,但这种近似简化处理必然会导致真实动力学特性的缺失。因此,文章提出一种太空发电站参数化有限元建模方法并建立设计平台,旨在缩短有限元建模周期,提高太空发电站设计、分析与优化的效率。以平台式太空发电站为原型,介绍了其基本参数与有限元模型。定义了易用的有限元节点与单元编号规则并给出了参数设置过程。借助APDL、UIDL,以及TCL/TK的混合编程技术,建立了太空发电站参数化有限元模块及设计平台,利用简单的菜单及人机交互界面实现电站的参数化有限元建模,设计人员从输入参数到开始建模的前处理时间不会超过2min,提高了建模效率。     

用变形模型整体构造B样条曲面方法研究

传统的造型方法都是基于纯粹的几何模型,通过几何上的型值点或边界曲线定义曲线或曲面,难于进行交互修改.基于物理模型的变形曲线、曲面造型方法将参数化几何描述方法与力学原理结合起来,使曲线曲面变形形态在一定程度上与弹性梁和薄壳相似.设计者可以通过施加于变形曲线曲面上的力或约束,或改变曲线曲面本身刚度来改变其局部或整体形状,克服了局部控制与总体光顺的矛盾.该造型方法已在光顺、N边域构造以及曲面的光滑拼接和过渡面构造等领域得到应用.      

带变速控制力矩陀螺的航天器自适应姿态控制

航天器高精度姿态控制容易受到参数误差的影响,自适应控制能够合理地估计参数,使基于模型的控制器设计易于实现。自适应参数分为主星体惯量、变速控制力矩陀螺框架转子惯量及动摩擦系数3组,按参数分组对带变速控制力矩陀螺的航天器详细动力学模型进行变换,采用Lyapunov方法设计出姿态控制器、变速控制力矩陀螺群操纵律及参数自适应更新律,操纵律中引入加权矩阵以缓解陀螺奇异问题。理论分析和数值仿真表明闭环姿态控制系统全局一致最终有界稳定,参数自适应更新能有效减小角速度跟踪误差,使姿态四元数误差收敛更快。参数估计虽然不能准确收敛到其真值上,但均在可接受的范围内。     

编队飞行航天器平均轨道根数非线性控制研究

基于非线性动力学模型,研究了环绕编队航天器的相对运动控制问题,介绍了一种基于平均轨道根数的航天器编队飞行非线性闭环控制方法。以航天器在惯性坐标系下位置速度向量误差为输入量,给出了一种全状态反馈控制律,利用Lyapunov方法证明该闭环系统是渐进稳定的;最后利用该方法对一个编队进行控制,仿真结果表明了该控制方法的可行性。     

新一代战斗机机动作战决策与仿真

近距空战要求新一代战斗机具有较好的机动性能.根据基本的空战机动模式进行机动作战决策的建模,在综合飞行/火力/推进分布式计算机实时仿真系统中,运用大机动非线性鲁棒飞行控制律进行了典型的机动作战仿真.仿真结果表明,具有大机动性能的飞机在空战过程中显示出了很好的效益优势.      

载人航天器的再入制导控制与仿真计算

研究了弹道一升力式载人航天器的再入制导规律和各种再入误差源对其落点的影响。主要包括以下内容：再入纵向制导和侧向制导规律的确定;分析各种单项误差对落点的影响;用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法模拟各种再入误差源及其对落点偏差的综合影响。通过大量的模拟计算,掌据各种再入误差对落点偏差的影响,提出再入误差应具有的指标要求,并得到一些有益的结论。计算结果表明,确定的制导规律可以达到满意的落点控制效果。     

Hardware-In-the-Loop Simulations of spacecraft attitude synchronization using the State-Dependent Riccati Equation technique

A nonlinear control technique pertaining to attitude synchronization problems is presented for formation flying spacecraft by utilizing the State-Dependent Riccati Equation (SDRE) technique. An attitude controller consisting of relative control and absolute control is designed using a reaction wheel assembly for regulator and tracking problems. To achieve effective relative control, the selective state-dependent connectivity is also adopted. The global asymptotic stability of the controller is confirmed using the Lyapunov theorem and is verified by Monte-Carlo simulations. An air-bearing-based Hardware-In-the-Loop Simulator (HILS) is also developed to validate the proposed control laws in real-time environments. The SDRE controller is discretized for implementation of a real-time processor in the HILS. The pointing errors are about 0.2° in the numerical simulations and about 1° in the HILS simulations, and experimental simulations confirm the effectiveness of the control algorithm for attitude synchronization in a spacecraft formation flying mission. Consequently, experiments using the HILS in a real-time environment can appropriately perform spacecraft attitude synchronization algorithms for formation flying spacecraft.     

短波射线追踪技术中的电离层混合建模方法

在国际参考电离层模型和多层准抛物模型的基础上,提出了一种混合应用两种模型进行电离层建模的新方法.利用射线追踪技术,分别对混合模型和传统国际参考电离层模型下短波射线在电离层中的轨迹进行了仿真,得到了电波群路径.通过与实测电波群路径的对比,结果表明:对中国中纬度地区在电离层混合模型下的射线追踪精度优于传统国际参考电离层模型下的射线追踪精度,同时混合建模方法降低了多层准抛物模型对输入条件的要求,扩展了多层准抛物模型在射线追踪技术中的应用范围.     

一种复杂环境下的无线应急通信中继节点快速布点方法

无线应急通信作为综合应急保障体系的重要组成部分,在应对洪水、地震、海啸等自然灾害时有着传统网络无可比拟的便捷性和经济型.中继节点作为无线中继网络的关键环节,其选址将直接影响整个应急通信网络的性能.复杂环境无线应急通信中继节点选址依靠现场实地调查和测量,但会存在选址速度慢、中继节点冗余和通信链路质量差等问题.针对以往这些...     

基于退步控制的姿态跟踪控制律的设计

退步控制是一种有效设计级联系统控制律的方法,而基于单位四元数的刚体姿态方程就是一种典型的级联系统。文章针对恒值干扰力矩作用下的刚体姿态跟踪控制问题,基于退步控制方法设计出一种含积分项的刚体姿态控制律,控制律中引入积分项是为了消除恒值干扰力矩产生的恒值偏差;并通过在李亚普诺夫函数中引入交叉项证明了控制律的全局稳定性;最后通过数值仿真验证了控制律。     

复杂管网系统未知信息调节阀的一种瞬变建模方法

关键调节阀信息缺失是制约复杂管网系统可建模的重要因素。通过对调节阀建模研究的分类和总结，得出了多数调节阀的流量特性曲线均处于等百分比与线性之间的结论；进而针对结构和节流特性均未知的调节阀，提出了一种利用信息已知的基准阀门模型和有限的系统试验数据进行建模的方法。对核心机试验台气路系统中2个未知信息调节阀的建模与仿真表明:在常温0~1 400 s、低温0~1 240 s两种工况下，选用3种不同基准阀门模型仿真结果的差别低于10%，2个调节阀在47组件气路全系统仿真中的流量曲线与试验曲线之间的平均误差在15%以内，系统下游两支路的压强仿真曲线与试验曲线之间的最大误差低于15%，为解决此类问题提供了一种有效的建模方案。      

基于地心坐标系的多传感器动态偏差估计算法

配准是多传感器系统进行数据融合必不可少的处理过程.使用一种新的基于地心地固(ECEF, Earth-Centered Earth-Fixed)坐标系的多传感器配准算法,能对传感器的动态偏差进行估计,同时充分考虑了地球曲率对配准算法本身的影响.首先利用多传感器的局部航迹数据来构造关于传感器偏差的伪测量模型,其噪声满足零均值高斯白噪声特性,协方差信息也易于计算,然后使用序贯卡尔曼滤波算法(SKF, Sequential Kalman Filter)对偏差进行动态估计.当传感器偏差恒定时,算法经过简单修改后依然适用.最后通过仿真试验对新算法的性能进行了评估,结果说明新算法能有效地进行传感器配准.      

混合星座导航卫星广播星历相关问题研究

GPS卫星广播星历参数具有参数少、物理意义明确以及精度高等特点,可以考虑将它应用于包含MEO、IGSO和GEO卫星的混合星座卫星导航系统。分析了采用GPs卫星广播星历参数时MEO、IGSO和GEO卫星的广播星历拟合精度,并且比较分析了在一个卫星的轨道周期内,广播星历参数拟合结果的变化规律。仿真结果表明,MEO、IGSO和GEO卫星的广播星历拟合误差最大在分米量级;MEO和IGSO卫星在一个轨道周期内星历参数拟合结果的变化规律相近,但是与GEO卫星的差异较大。     

三层月壤模型的多通道微波辐射模拟与月壤厚度的反演

由月球表面数字高程试验性地构造了整个月球表面月壤厚度的分布.根据Clementine探月卫星的紫外-可见光光学数据,计算了整个月球表面月壤中FeO+TiO2含量分布,给出了整个月球表面月壤介电常数分布.由月球表层温度的观测结果以及月壤的导热特性,给出了月尘层与月壤层温度随纬度分布的经验公式.在这些条件的基础上,建立了月尘、月壤、月岩三层微波热辐射模型.由起伏逸散定理,模拟计算了该月球模型多通道辐射亮度温度.然后,以此辐射亮度温度模拟加随机噪声为理论观测值,按三层模型提出了月壤层厚度反演方法.由于高频通道穿透深度小,由高频通道的辐射亮度温度按照两层月尘-月壤微波热辐射模型反演月尘层与月壤层的物理温度,再由穿透深度较大的低频通道辐射亮度温度反演月壤层厚度.对于反演的相对误差也进行了讨论.      

基于高增益观测器的航迹角自适应反步控制

针对飞行控制系统中状态向量不完全可测量的问题,设计了一种高增益神经网络自适应观测器.在常规高增益观测器的基础上引入径向基(RBF, Radial Basis Function)网络自适应项,对建模误差和外界干扰进行在线估计.将高增益观测器与基于动态面的反步控制相结合,提出了一种神经网络自适应反步控制方法.引入一阶滤波器,避免了传统反步控制中的"计算膨胀"问题.基于Lyapunov稳定性理论,给出自适应输出反馈控制器和RBF网络权值向量的自适应律,并证明了闭环系统是半全局一致有界.从航迹角控制系统仿真结果可以看出,航迹角能够较好地跟踪指令信号,不受建模误差和外界干扰的影响,所设计的观测器具有良好的收敛性,控制系统具有较高的鲁棒性.     

一种简化递推偏最小二乘建模算法及其应用

在已有的偏最小二乘相关算法基础上,提出一种简化的递推偏最小二乘算法,即直接采用自变量主元的2个回归系数矩阵来取代残差矩阵进行递推计算,进一步简化了递推计算过程,在保证建模精度的同时,使计算速度提高了近一倍.并以数控铣削加工过程中切削合力峰值在线建模为应用实例,对切削过程z传递函数的参数进行了在线辨识计算,由估计模型重构了切削过程的输出,其结果与实验测量值是一致的,且误差很小.仿真和实验结果表明,该简化递推偏最小二乘建模算法是正确和有效的,并且具有计算量小、辨识速度快、建模效率高等特点,适用于数据量较大、建模速度要求较高的研究对象的在线建模.      

基于非线性观测器的控制力矩陀螺操纵律设计

为改善操纵性能,将单框架控制力矩陀螺(SGCMG)操纵律设计问题转化为非线性系统的状态观测问题,并基于状态观测理论,导出了一种新型的SGCMG操纵律.通过适当的参数选择,SGCMG操纵律可使操纵误差在理论上渐近收敛至零;不用计算Jacobi阵的伪逆,而代之以Jacobi阵的转置,从而避免了由Jacobi阵求伪逆带来的一系列问题.同时,该操纵律形式简单,计算量小,易于实现.对应用在航天器上的某SGCMG系统的仿真结果表明,上述操纵律是可行的.      

飞机防滑刹车系统鲁棒控制器的设计与研究

 首先对系统进行了详细的分析,并建立了系统的数学模型,然后针对飞机防滑刹车系统在地面滑跑时存在的各种外干扰问题,提出了一种基于自适应滤波的鲁棒控制方法.通过对系统施加各种外干扰所进行的数字仿真表明,该方法在提高系统的鲁棒性方面是行之有效的.     

调频连续波无线电高度表的仿真研究

阐述了调频连续波无线电高度表工作原理和仿真模型，在分析中考虑了垂直速度形成的多普勒效应，文中给出几种仿真计算的结果，分析计算结果可得知高度表的工作稳定性以及多普勒效应引起的动态误差，仿真计算程序可以应用于优化伺服系统参量或制作高度表的数学仿真器等方面。