飞行器总体不确定性建模与优化设计方法

针对考虑不确定性的飞行器总体设计迭代周期长、优化困难等问题,提出一种基于裕度量化解耦策略的飞行器总体不确定性建模与优化设计方法。首先采用主动学习策略开展基于优化加点Kriging的阈值不确定性分析,实现了不确定性裕度的高效求解。进而提出一种适用于飞行器总体设计的裕度量化解耦策略,将双层嵌套的不确定性优化问题解耦为确定性优化与不确定性分析过程顺序执行,高效给出满足概率约束的优化设计方案。该方法解决了传统解耦方法采用嵌入式算法而导致的工程应用困难的问题。通过非线性多约束数值案例以及滑翔飞行器工程案例,验证了该方法能够在保证精度的前提下,提高不确定性优化设计效率。     

高维不确定性条件下飞行器级间分离可靠性评估

针对高维不确定性条件下飞行器级间分离精细化分析需求,建立参数化级间分离动力学仿真模型,综合考虑级间分离过程中高维不确定性因素影响,识别典型分离失效模式,构建分离可靠性模型.提出采用活跃子空间方法实现高维不确定性参数的空间降维,结合极大极小距离序贯采样方法,利用含交叉项的高阶多项式回归模型对降维空间进行近似,完成了可靠性...     

面向飞行器总体设计的UMDO技术综述

针对当前飞行器设计领域对总体设计过程中不确定性因素的精细化管理需求,对不确定性多学科设计优化（Uncertainty-based Multidisciplinary Design Optimization,UMDO）的研究现状和应用模式进行了综述和展望。首先综述UMDO的国内外发展现状,讨论开展UMDO研究和应用的必要性和紧迫性;从不确定性源建模、不确定性灵敏度分析、多学科不确定性分析、鲁棒性多学科优化设计4个方面梳理UMDO技术的发展体系,分析UMDO工程应用的研究现状,围绕飞行器总体设计过程提出适应各阶段设计需求的现代飞行器UMDO应用模式;最后,针对飞行器总体精细化设计能力的提升需求,分析了目前UMDO在工程应用过程中存在的问题,并探讨了UMDO的未来发展设想。     

基于AvSim+的卫星可靠性建模与分析

基于AvSim+可靠性仿真分析软件,对卫星可靠性建模和分析进行了研究。首先说明了利用AvSim+进行可靠性建模的程序,给出了卫星系统中几种常见可靠性逻辑关系的建模方法,以及软件采用的蒙特卡罗仿真运算的原理和特点。然后针对典型卫星应用本文方法进行建模和分析,给出了部分分系统的分析结果。最后比较了基于AvSim+进行卫星可靠性建模分析与传统RBD方法的特点,基于AvSim+的卫星可靠性建模分析方法能更准确表示卫星系统的可靠性逻辑关系。     

高超声速飞行器鲁棒控制方法研究

针对冲压推进高超声速飞行器飞行高度和飞行马赫数跨度范围大,飞行环境非常复杂 ,而其飞行过程中各种复杂的力学过程不可能完全精确地考虑在用于控制设计的飞行器控制 模型中,且飞行过程中往往又会受到各种事先无法完全预知的扰动,采用μ分析方法 设计了高超声速飞行器鲁棒控制系统,设计结果表明μ分析方法可以较理想的解决高超 声速飞行器飞行控制系统在多种不确定因素情况下的建模误差难题。     

弹性高超声速飞行器建模及精细姿态控制

为保证超燃冲压发动机的良好进气,需要对高超声速飞行器进行精细姿态控制,但弹性振动问题极大影响其精细姿态控制精度。以高超声速飞行器的纵向通道为例,分析弹性振动问题对飞行控制系统的影响,建立面向控制的弹性高超声速飞行器数学模型,考虑气动参数和模态参数的大范围摄动,采用主动控制策略,基于鲁棒H∞理论和LQR理论设计精细姿态控制系统。大量仿真表明：在考虑测量噪声、舵机非线性、参数大范围摄动的情况下,控制系统能够很好地跟踪刚体攻角,抑制弹性攻角,并保证进气口当地攻角±0.4度的控制精度,满足高超声速飞行器精细姿态控制的要求。     

基于不确定性的高超声速飞行器动态面自适应反演控制系统设计

针对飞行器非线性动力学系统具有不确定项情况,研究了高超声速飞行器的飞行控制系统设计问题。由于动力学系统中存在线性参数不确定项和由于高速高热造成的未建模动态
时,论文将研究对象扩展为控制矩阵中含有线性参数不确定系统,同时放宽了现有文献中许多苛刻的条件,如匹配条件、增长条件等,用自适应调节函数补偿系统不确定性带来的影响,设计鲁棒项函数解决了逼近误差的影响问题,通过引入投影算子避免了可能出现的控制器奇异问题。在自适应反演设计时,采用动态面设计方法,引入一阶滤波器,得到虚拟控制量的微分,消除传统反演设计中的“项数膨胀”的问题,用Lyapunov稳定性定理保证误差一致有界。仿真实验验证了该算法的有效性。
     

空天飞行器六自由度数学建模研究

研究了空天飞行器超声速和高超声速飞行条件下六自由度仿真模型,该模型包含了完整的六自由度动力学方程和运动方程。气动力和力矩系数是迎角、马赫数及控制舵面偏角的函数;发动机模型为吸气发动机和变推力火箭发动机的组合推进装置;飞行器的质心;惯性矩是飞行器质量的时变函数。所得结果可以用于未来高超声速飞行器或新一代单级入轨运载器轨迹优化、姿态控制等问题的概念设计和仿真研究。     

基于特征模型的高超声速飞行器的自适应姿态控制

研究了基于特征模型的自适应控制方法在高超声速飞行器姿态控制中的应用。对一类非线性强耦合以及大范围参数不确定性的类X-20高超声速飞行器无动力滑翔段六自由度动力学模型,建立含耦合的多输入多输出(MIMO)特征模型,并设计基于特征模型的黄金分割控制器。控制律设计中通过对非对角元控制量强制一步滞后,使得各通道控制量可以计算简单。最后通过飞行高度和速度大范围变化的长时间飞行过程中姿态角的跟踪控制仿真,验证了控制器的鲁棒性和适应性。     

高超声速再入飞行器的特征建模及自适应递推滑模控制

针对高超声速再入飞行器非线性程度高、参数不确定性大、快时变等特点,提出一种基于神经网络特征模型的自适应滑模姿态控制方案。首先,采用现有特征建模方法,将对象模型中的非线性、时变不确定性压缩至特征参量中;进一步,结合模糊神经网络,将快时变特征显式地表征在特征模型中,使得待估计的特征参量具有时不变特性,从而易于其自适应律的设计。然后,在该神经网络特征模型的框架下,设计递推形式的自适应滑模控制律,以进一步提高飞行控制系统的鲁棒性。最后,通过仿真校验了所提出控制方法的正确性和有效性。     

运载火箭复杂容错控制系统可靠性分析

在典型可靠性分析模型及理论基础上,建立了运载火箭复杂容错控制系统可靠性分析模型,提出了行之有效的可靠性建模方法,并进行了算例分析.结果表明,该方法能够为复杂容错控制系统可靠性评估、确定合理的系统组成以及方案优化提供良好的支撑,可在控制系统工程设计中推广应用.     

烧蚀热响应计算中的不确定性传播分析方法研究

发展了基于代理模型的不确定度量化方法,以少量确定性模拟结果为样本,通过代理模型来构建目标变量和不确定性输入参数的响应关系,以此来分析目标变量的不确定性信息,包括均值、标准差、概率密度分布等统计信息以及各个输入参数对目标变量的敏感性大小。本文以烧蚀热响应计算为例,通过分析材料物性参数的不确定性对烧蚀热响应预测的影响,表明该方法具有准确度高、效率高的特点,为工程中的高维不确定度量化问题提供了很好的解决思路。     

一种基于可靠性数学的电磁兼容性分析方法研究

以系统可靠性预计理论为切入点,分析系统可靠性与系统级电磁兼容性的关联性。分析基于电磁干扰"三有限"和可靠性"三规定"的电磁兼容性预测方法。初步建立系统级电磁兼容性指标和性能降级的准则,给出包括串联、并联、混联等几种典型的系统电磁兼容预测模型和预测方法,最后得出基于可靠性预计理论的系统级电磁兼容预测公式,进而为预测电磁兼容性奠定了条件。采用所提方法对某军用计算机系统进行系统级的电磁兼容性预测,预测结果证明了方法的有效性及可实施性。     

基于分枝模态法的面对称布局飞行器结构动力学建模

针对面对称布局飞行器整体模态具有对称和反对称的特征,应用分枝模态法建模时采取以对称和反对称模态划分分枝,避免了按部件划分分枝产生的约束模态问题,且分枝间实现惯性和气动力解耦,有助于减缩自由度和计算规模.数值算例表明:其建模精度满足工程要求.     

基于TANA函数的非概率可靠度分析方法

建立一种基于TANA(Two-Point Adaptive Nonlinear Approximation)函数的高效稳定非概率型可靠度分析方法。首先,对随机变量采用凸集合非概率多椭球模型进行描述,在可靠度指标法框架下,采用增强混沌控制(Enhanced Chaos Control,ECC)方法,在逼近最佳设计点时,利用两点自适应非线性逼近的TANA2函数拟合强非线性的功能函数,减少了可靠度分析中功能函数的调用次数,有效提高了算法的效率及稳定性。还对不同非线性程度的功能函数进行了可靠度求解以及优化的算例验证。     

基于半马尔可夫过程的容错导航系统可靠性分析

在容错导航系统中,当采用序贯的方法进行故障检测或者对系统的某些参数采用滤波以后,系统已不再满足马尔可夫过程的基本假设条件。但可以利用半马尔可夫过程理论分析系统的可靠性。利用平移的二阶Erlang分布拟合的方法同以往方法相比能够更加准确地拟合系统的故障检测时间概率密度函数,提高容错导航系统可靠性分析的准确性。     

一种利用PCA的导弹轨迹重建方法

非同时刻成像将大幅恶化立体视觉方法对导弹的轨迹点重建精度和射向估计精度,针对这一问题,该文提出了应用主成分分析(PCA)重建导弹轨迹并且估计导弹射向的方法。论文在同步轨道双星观测条件下推导了将PCA方法应用到导弹轨迹重建及射向估计的原理,论证了目标三维轨迹最小方差投影直线在像面上的投影即为目标成像轨迹的最小方差投影直线,给出了通过求取目标成像轨迹的最小方差投影直线重建导弹发射面和轨迹点的算法。仿真实验表明了该方法可以有效地进行弹道轨迹的三维重建及射向估计,与现有方法相比,PCA方法重建精度更高,相机定标误差在一定范围内时,射向估计误差更小。     

一种小样本和小失效数系统可靠性分析方法

根据小样本和小失效数系统的特点，以及可靠性分布函数和参数估计的不确定性和模糊性，提出了一种可靠性分析方法。采用指数分布族，通过分析最少和最大失效数两种最极端状态，确定中间状态的备选点，运用最小平方差原理进行逐个筛选，并给出了算法流程。分析结果表明，计算值与实际观测值较为吻合。该方法可使系统可靠性的估计精度有较大提高。