三明治结构挠性传动系统的自耦PID控制

针对三明治系统的弱阻尼挠性模态引起的机械谐振问题及齿隙非线性因素的影响,提出一种基于自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential, ACPID)控制理论思想的控制方法.该方法首先将三明治系统已知或未知动态、非线性死区引起的不确定因素定义为一个总扰动,并将4阶非光滑非线性三明治系统等价映射为一个4阶线性扰动系统,然后建立了以总扰动为激励的受控误差系统,根据ACPID控制理论思想设计了基于速度因子的ACPID控制系统,最后分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果表明ACPID控制系统的有效性,不仅有良好的动态品质与稳态性能,而且有良好的抗扰动鲁棒性,在三明治传动系统控制领域具有良好的应用价值.     

Monotonicity-Preserving激波捕捉格式在湍流大尺度模拟中的评估

对高阶激波捕捉格式的性能进行了系统的测评,重点分析了Suresh和Huynh(1997)所提出的Monotonicity-Preserving格式的性能.结果表明Monotonicity-Preserving格式的性能显著优于原始WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory) 格式,和改进型WENO格式相当.对格式的分析进一步表明,迎风型的激波捕捉格式在湍流模拟方面的性能都不及高阶中心格式,其原因归结为激波捕捉格式所包含的线性和非线性耗散.因此,改进高阶激波捕捉格式的关键在于同时降低格式的线性耗散和非线性耗散,以提高格式对湍流脉动能量的保持和对小尺度脉动结构的捕捉能力.     

一类具耗散项非线性双曲型方程解之渐近稳定性

应用能量估计方法，得到了一类具耗散项非线性双曲型方程周期边值问题解的渐近稳定性。     

非线性欠驱动不稳定系统的自耦PID控制方法

针对非线性欠驱动不稳定系统的控制问题,提出了一种基于自耦PID(auto-coupling proportional-integration-differential, ACPID)控制理论的虚拟全驱动控制方法.该方法将每个输入通道的已知或未知内部动态定义为一个总扰动,并在第一个输入通道引入相应的虚拟控制力,从而将非线性欠驱动不稳定系统等价映射为虚拟全驱动的线性扰动系统,并根据ACPID控制理论建立第一个输入通道的虚拟控制器,形成虚拟指令,再根据获得的虚拟指令与ACPID控制理论建立下一个输入通道的控制器,以实现非线性欠驱动不稳定系统的有效控制.仿真结果验证了本文控制理论方法的有效性,在非线性欠驱动不稳定系统控制领域有广泛的应用前景.     

背景风场维持的中尺度受导重力波

提出了由上层大气背景风场所维持形成的中尺度重力波受导传播机制,通过一种新的全波解数值方法计算了这种受导波的色散关系和衰减距离。与Ｍｉｌｌｓｔｏｎｅ Ｈｉｌｌ地区 动的观测结果进行了比较,很好地解释了该地区的扰动风场滤波现象。     

色散和耗散对Alfven孤立波的影响

利用变数变换和解析积分的方法,分别找到了带色散项的DNLS方程和带耗散的MKdV方程的一类解析解,给出了存在孤立波的条件。      

非线性大气重力波产生的行进电离层扰动

本文导出了大气重力波的非线性方程,研究了重力波的非线性性质。利用等离子体的连续性方程,计算了电离层对重力波的非线性响应,讨论了非线性电离层扰动(TID)的形态。结果表明,非线牲效应使TID表现为多种不规则形态。      

非线性解耦中的参数扰动

本文讨论了非线性系统参数扰动对输入输出解耦的影响。通过对一类参数扰动进行刻画,得到了这类参数扰动下,静态反馈闭环系统仍保持无交互控制,且输出不受影响的充要条件,然后讨论了系统同时存在输入扰动时干扰解耦问题可解的条件。     

绳系拖曳飞行器高抗扰轨迹跟踪控制

针对受未知风扰动作用下的绳系拖曳飞行器轨迹精确控制问题,设计了一种基于最小学习参数神经网络估计器的拖曳飞行器轨迹动态面控制方法。首先,结合绳系拖曳系统多刚体动力学模型,构建拖曳飞行器六自由度非线性模型,并完成其仿射非线性化处理。其次,考虑到拖曳飞行器可能受到前方飞机尾涡、紊流和阵风等未知气流及不可测量瞬变缆绳拉力等扰动的综合影响,构建了基于最小学习参数神经网络的拖曳飞行器状态/扰动在线估计器,以准确重构系统不可测量集总扰动。然后,基于所提状态/扰动在线估计器,设计了一种基于最小学习参数神经网络状态/扰动在线估计器的拖曳飞行器轨迹动态面控制方法,并分析了系统稳定性。最后,仿真表明,所提方法能够在多重气流扰动下实现拖曳飞行器位置稳定和机动轨迹跟踪。      

基于ADRC的MSCMG框架系统高精度控制

针对非线性摩擦和外部随机扰动影响磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG, Magnetically Suspended Control Moment Gyroscope)框架系统角速率精度的问题,提出了一种基于自抗扰控制器(ADRC, Active Disturbance Rejection Controller)的高精度转速控制方法.通过三阶扩张状态观测器将框架系统负载力矩、非线性摩擦力矩及外部随机扰动力矩作为"总扰动"进行估计,并对该扰动力矩进行补偿.仿真及实验结果表明:基于自抗扰控制器的框架系统控制方法使框架转速精度和稳定度提高了50%以上,且具有抗干扰能力强和动态特性好的特点.     

Small amplitude ion acoustic solitons in a weakly magnetized plasma with anisotropic ion pressure and kappa distributed electrons

The Zakharov–Kuznetzov (ZK) equation is derived for nonlinear electrostatic waves in a weakly magnetized plasma in the presence of anisotropic ion pressure and superthermal electrons. The anisotropic ion pressure is defined using Chew–Goldberger–Low (CGL) while a generalized Lorentzian (kappa) distribution is assumed for the non-thermal electrons. The standard reductive perturbation method (RPM) is employed to derive the two dimensional ZK equation for the dynamics of obliquely propagating low frequency ion acoustic wave. The influence of spectral index (kappa) of non-thermal electron on the soliton is discussed in the presence of anisotropic ion pressure in plasmas. It is found that ion pressure anisotropy and superthermality of electrons affect both the width and amplitude of the solitary waves. On the other hand the magnetic field is found to alter the dispersive property of the plasma only, and hence the width of the solitons is affected while the amplitude of the solitary waves is independent of external magnetic field. The numerical results are also presented for illustrations.     

Nonlinear quantum ion acoustic shock wave dynamics with exchange-correlation effects

The dynamics of linear and nonlinear electrostatic shock excitations is studied in homogeneous, unmagnetized, unbounded and dissipative quantum plasma consisting of electrons and ions. The dissipation in the system is taken into account by incorporating the ion kinematic viscosity. The system is modelled using the quantum hydrodynamic equations in which the electrons are significantly affected by the quantum forces, viz., the quantum statistical pressure, the quantum Bohm potential and electron exchange-correlations due to electron spin. In the weakly nonlinear limit, using reductive perturbation method deformed Korteweg-de Vries Burgers’s (KdVB) equation, which elegantly combines the effects of nonlinearity, dispersion and dissipation is derived. It is found that the present model predicts the existence of both nonlinear oscillatory and monotonic shock structures. The temporal evolution, stability and phase-space dynamics of nonlinear ion acoustic shocks are investigated numerically to elucidate the effects of quantum diffraction, electron exchange correlation and ion kinematic viscosity.     

基于非线性模型预测的绳系系统系绳摆振控制

针对绳系系统离轨稳定控制问题,开展了系绳和绳端卫星构成的绳系系统在拖拽离轨过程中系绳摆动稳定控制方法研究。在考虑拖拽离轨过程中约束下,首先建立了包含绳端卫星的姿态运动的模型,并建立了绳系系统的离轨动力学方程和便于控制器设计的简化动力学方程。其次根据模型预测原理以最优化方法设计参考轨迹,最后以模型预测控制方法为基础设计了稳定系绳摆动的非线性模型预测控制方法。使用MATLAB软件平台仿真,验证了所设计的参考轨迹能完成目标和模型预测控制器有好的跟踪能力。      

自由飞行段跟踪数据的系统误差估计

连续波雷达是目前外火箭轨道测量的主要高精度设备,用数学方法估计和修正其系统误差有特别重要的意义。根据自由飞行轨道方程准确的特点,利用轨道方程建立了估计自由段系统误差的非线性模型,并给出了求解系统误差和轨道参数估计值的计算方法。运用该方法,只要一套MISTRAM系统的跟踪数据,就能给出自由飞行段常值系统误差的估计。     

轴对称磁静平衡态Ⅰ.微变换方法

轴对称磁静平衡态被广泛用来描述不同尺度的恒星大气结构。对这类平衡态,可引入所谓磁通量函数来描述磁场,它满足一变系数、非线性椭圆型方程。迄今为止,人们只就线性情况的某些特例给出该方程的解析解;对较为复杂的情况,特别是非线性情况,还未找到有效的办法进行解析处理。本文将应用微变换方法求上述变系数、非线性方程的相似解,并给出普遍结果。有关特解的具体形式及对太阳大气的应用将在本系列的下几篇论文中另作讨论。      

Self-consistent amplitude profile of ducted VLF transmitter signal due to resonant interaction with energetic electrons in the magnetosphere

Of the various sources of whistler waves in the magnetosphere, the signals from terrestrial VLF transmitters are apparently the simplest for theoretical analysis. The role of these signals in the acceleration and pitch-angle scattering of energetic electrons in the Earth’s radiation belts has not been fully studied quantitatively, despite many decades of relevant research. The main problem in studying this issue is that to calculate the acceleration and pitch-angle scattering of particles, it is necessary to know the spatial profile of the signal amplitude. This is especially critical for phase-trapped particles, for which the energy exchange with the wave is the most significant. At the same time, the wave amplitude profile itself is determined by the interaction of the wave with resonant particles. Thus, we are dealing with a self-consistent problem, which is described by a nonlinear system of equations - a kinetic equation for the distribution function of resonant particles with a self-consistent field, and an equation for the wave field, in which the nonlinear and non-local growth rate is determined by the distribution function of resonant particles. In this paper, we develop an approach to solving this system of equations and the corresponding physical problem using the method of successive approximations.     

基于最优控制的高超螺旋俯冲轨迹设计

针对高超声速飞行器在俯冲阶段的突防与制导问题,提出了一种基于最优控制的螺旋俯冲轨迹设计方法。首先,根据二阶视线角加速度相对运动方程强耦合、非线性的特点,引入了反馈线性化技术,将非线性系统转化成了线性系统;其次,为了让飞行器实现对目标的期望角度打击,在状态方程中引入了终端落角约束项。然后,以零化视线角速率和使消耗能量最小为目标,采用最优控制得到了加速度形式的控制输入。接着,为了让飞行器在空间内进行螺旋机动,设计了螺旋加速度控制飞行器速度矢量可绕瞬时视线轴进行旋转;最后,考虑到机动与制导的冲突,设计了高度函数使得最优与螺旋两种信号进行匹配。仿真结果显示,在面对相同的防空威胁时,与基于比例螺旋的轨迹相比,本文设计的俯冲轨迹具有更好的突防效果。     

视觉跟踪坐标测量系统数学建模

提出了一种基于光学测头成像的单相机视觉跟踪坐标测量系统。该系统中引入了一个转动平台带动相机运动,使相机光轴始终对准运动的光学测头中某一个光点,保证光学测头成像在畸变比较小的像面中心附近。给出了系统的组成结构,通过空间变换和光学成像原理建立了系统的非线性跟踪测量数学模型,给出了利用Newton非线性迭代算法求解跟踪方程的具体算法,通过实验验证了所建立的模型和求解方法的正确性。最后,分析了转动角度误差对测量结果的影响。     

考虑控制约束和不确定性的火星最优进入制导

摘要： 针对火星进入段控制受约束、大气环境以及探测器自身参数不确定性等问题,提出控制受约束的火星最优鲁棒进入制导方法.将针对参数不确定系统的最优性能指标转换为针对标称系统的修正性能指标;同时考虑控制约束,在性能指标中引入饱和函数,将制导问题转化为求解修正Hamilton Jacobi Bellman (HJB)方程问题;由于HJB方程是偏微分方程,求解有难度,利用神经网络的逼近能力近似求解.本文制导方法保证了不确定系统有最优的性能指标上界和较强的鲁棒性.最后将其应用到火星进入制导中,仿真结果表明系统存在不确定的情况下,仍可以很好地满足火星进入段终端条件,控制量也在约束的范围内,从而验证所提方法的有效性.