Nonlinear H∞ based underactuated attitude control for small satellites with two reaction wheels

Underactuated attitude control is supposed to be used on spacecraft when failure happens with onboard actuators. One main problem with existing underactuated attitude control designs is their limited capabilities against disturbances. In order to solve this problem, an approach based on the theory of H∞$H\infty$ is proposed in this paper. Two propositions are derived from the H∞$H\infty$ theory to improve the robustness of one popular underactuated attitude control design, which was presented by Tsiotras et al. It is proved mathematically that the controller satisfying these two propositions respectively can stabilize the underactuated attitude system locally or globally. The numerical simulations show that the improved controllers based on the H∞$H\infty$ theory could provide higher pointing accuracy for small satellites against disturbances. This validates the effectiveness of the proposed H∞$H\infty$ based approach to improve existing underactuated attitude control designs.     

双后掠鸭翼气动特性的数值模拟

首先针对具有中等前缘后掠角梯形鸭翼的缺点提出双后掠鸭翼概念,然后分别对安装梯形鸭翼和双后掠鸭翼的近距耦合鸭式布局的气动性能进行数值模拟研究,分析影响双后掠鸭翼气动性能的流动机理。研究表明：在大迎角时,对于双后掠鸭翼,具有较大前缘后掠角的外翼段可以使鸭翼涡在涡核破裂后仍能形成稳定集中涡并保持较高的强度,增加鸭翼本身的失速迎角,并通过诱导作用改善机翼外翼段流场,进而提高全机大迎角性能,但在小迎角时会破坏鸭翼附着流或前缘气泡涡的发展,造成略微的升力损失。拥有较大失速迎角的双后掠鸭翼在小迎角时具有较大的可用偏度,可以增强布局的抬头控制能力。双后掠鸭翼在满足隐身约束的前提下,超声速阻力较小,具有较好的超声速性能。     

AZ31镁合金表面化学镀Ni-P非晶镀层

本文针对AZ31镁合金进行表面化学镀镍,优化了化学镀工艺。结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)等测试方法对镀层表面形貌、结构、成分等做了测定和分析。最后通过电化学实验和盐雾试验等测试方法对Ni-P镀层的性能进行了研究。通过对化学镀工艺的优化,制备出了外观平整、光亮、结合力强、耐腐蚀性能好的Ni-P非晶镀层。     

旋转变压器输出信号自动标定

旋转变压器输出以角位置正余弦为包络的调幅信号,一般通过检波与解调获取角位置及角速度信息.检波后信号往往存在直流偏置、幅值不等和相位偏移,对其进行标定是实现高精度解调的前提.针对检波后信号的标定问题,提出了一种离线自动标定方法.设计状态观测器,对检波后两路信号的幅值及直流偏置进行估计;构造二元二次目标函数,利用梯度估计法,获取相位偏移.理论分析表明,与仅采用梯度估计法相比,此方法避免了目标函数多解问题.实验结果表明,此方法参数选择容易,具有较高的精度,是完全可行的.      

风切变场中直升机前飞状态动态响应

为解决复杂风切变场中直升机运动的数值仿真,把握非线性直升机模型在风场中的响应特性,建立了一维、二维的风切变模型,采用直升机非线性飞行动力学模型,考虑直升机的控制系统,用四阶龙格－库塔法数值仿真直升机在风场中的前飞运动.对水平风和铅垂风的各个梯度场对响应的影响进行比较.结果表明,水平风和铅垂风的各个梯度场对响应的影响是不同的,此研究中二维空间的组合梯度场构成更为危险的飞行环境;在不同的情况下其作用是不可忽略的,尤其注意在低空飞行状态下对直升机飞行性能的影响.也进一步说明此数值仿真法对非线性直升机模型在复杂风场中响应研究实用有效.     

运动基航天飞行训练模拟器信号缩比算法研究

当前运动基飞行模拟器对控制信号的缩比以三阶多项式缩比法为主,但其参数确定困难且当缩比幅度较大时易使信号出现较大畸变。而航天飞行模拟中常常会经历线加速度或角速度信号在较大幅值范围内的增大或减小,典型的如返回再入时的过载变化。针对此种情况,一种新的缩比算法——Hermite缩比函数法被提出。首先完善了Hermit缩比法关于最优参数理论的推导和证明;其次,引入变量“缩比度”,在实例仿真中比较了其对两种缩比方法的影响。结果表明,Hermite缩比函数法参数确定方便,其信号单调性的保持不依赖于缩比度的取值,更适合应用于缩比度变化较大的航天飞行模拟中。
     

城市道路交通流检测数据精度评价

目前各种检测方法采集到的路段速度数据普遍存在一定的误差,其准确性直接影响各种交通分析模型结果的精度.针对浮动车检测器、微波检测器以及线圈检测器的路段速度数据进行研究,利用GPS(Global Positioning System)设备实时记录试验车位置,分别在快速路和主干路进行了12次实验,对不同采集方式获取的速度信息进行了精度验证和评价.实验结果分析表明,浮动车数据获取的城市快速路和主干路的路段行程速度平均误差分别为13.6%和27.8%,且采集值与实际速度具有相同的分布.快速路微波检测器和主干路线圈检测器的速度数据与真实行程速度数据的误差分别为30%和56%.表明了微波检测器的断面速度值,用来表征所处路段的行程速度时虽然具有一定的误差,但是基本能表征路段的行驶状况.该研究结论为不同精度需求的交通模型选择合适的数据源提供支持,并为利用多源数据的冗余信息提高数据精度和完备性提供了理论依据.      

富氢/富氧燃气同轴双剪切气-气喷嘴性能仿真分析

为研究富氢/富氧燃气同轴双剪切气-气喷嘴设计参数对燃烧性能和燃烧室热载的影响,采用正交试验设计方法对这些参数进行组合,数值模拟单喷嘴燃烧室流场,并以燃烧长度、燃烧室壁面和喷注面板处平均燃气温度为指标评价燃烧性能和热载.结果表明:燃氧速度比对燃烧性能和燃烧室热载影响最显著,中心氢流量比例对燃烧室热载影响非常显著,氧压降比对喷注面板处燃气平均温度的影响也很显著,而喷嘴出口壁厚对喷嘴性能影响不明显.燃氧速度比和氧压降比的交互作用对喷嘴性能有一定影响,而其他设计参数之间的交互作用对喷嘴性能影响非常小.最短燃烧室长度为117.9mm,最低壁面燃气温度及面板燃气温度分别为1637.7K和806.6K.      

吹吸扰动控制猝发过程中雷诺应力的实验

采用热线测速技术和双丝边界层热线探针,在风洞中以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率,精细测量了平板湍流边界层施加不同频率周期性质量引射前后,不同流向和法向位置的瞬时流向、法向和展向速度分量的时间序列信号.采用流向脉动速度局部平均结构函数模极大值法检测了壁湍流猝发过程中拟序结构不同速度分量和雷诺应力分量的条件相位平均波形.发现在扰动源下游一定范围内,摩擦因数和雷诺应力幅值有所减小,扰动改变了法向或展向脉动速度与流向脉动速度的条件相位平均波形的相位差,使其保持在π/2的奇数倍左右,此时雷诺应力几乎为0,改变了湍流边界层原有雷诺应力的产生和扩散输运机制,抑制了湍流雷诺应力的产生和输运.      

基于预测扭矩前馈的涡轴发动机内模控制方法

基于内模原理设计了涡轴发动机功率涡轮转速控制器.针对主旋翼扭矩变化对功率涡轮转速的干扰,提出了一种基于极端学习机的扭矩预测方法.极端学习机训练基于动态仿真数据,其输入通过相关分析获得.基于内模原理的功率涡轮转速控制器采用极点配置的设计方法,将输入信号的内模直接加入控制器,实现鲁棒跟踪.扭矩前馈采用比例微分(PD)控制策略,实现对发动机负载变化干扰的有效补偿.数字仿真结果表明:极端学习机扭矩预测精度高,扭矩相对误差小于1.5‰,与不加前馈控制相比,所提出的控制方法减小了机动飞行过程中功率涡轮转速的超调或下垂30%以上.