柔性绳网动力学建模与天地差异性分析

采用有限元模型研究了柔性绳网系统的动力学特性。针对空间绳网直接弹射展开方式,首先将绳网离散为若干单元,各单元处理为非线性“半阻尼弹簧”模型,然后分别计算各单元所受气动力和重力,最终建立绳网系统多柔体动力学模型。基于所建立的动力学模型分别对柔性绳网在地面和太空展开的动力学过程进行了仿真分析,研究了绳网在展开面积、空间位形和飞行距离等方面的天地差异性及其动力学机理,为未来空间绳网系统的分析设计提供理论参考。     

基于嵌入式MATLAB函数编程的火星车能量平衡仿真系统

在以往航天器研制过程中,电源系统能量平衡分析是基于表格化计算的方法,其运算效率低、显示不直观。文章提出了一种可视性强、易编程、更通用的能量平衡分析方法,即采用嵌入式MATLAB函数对电源系统能量平衡分析的功能模块进行编程实现,以火星车电源系统为应用背景,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了一套用于能量平衡分析的仿真系统,并在特定实例下进行仿真分析,仿真结果采用图表曲线形式显示,能清晰、直观地反映能源利用的动态变化趋势,可为电源系统方案优化设计提供参考依据。     

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.     

Study on O2 generation and CO2 absorption capability of four co-cultured salad plants in an enclosed system

The ability to generate O₂ and absorb CO₂ of several co-cultured vegetable plants in an enclosed system was studied to provide theoretical reference for the future man-plant integrated tests. Four kinds of salad plants (Lactuca sativa L. var. Dasusheng, Lactuca sativa L. var. Youmaicai, Gynura bicolor and Cichorium endivia L.) were grown in the CELSS Integration Test Platform (CITP). The environmental factors including O₂ and CO₂ concentration were continuously monitored on-line and the plant biomass was measured at the end of the test. The changing rules of O₂ and CO₂ concentration in the system were basically understood and it was found that the O₂ generated by the plants could satisfy the respiratory needs of 1.75 persons by calculation. It was also found that the plants could absorb the CO₂ breathed out by 2 persons when the light intensity was raised to 550 mmol m⁻² s⁻¹ PPF. The results showed that the co-cultured plants hold good compatibility and excellent O₂-generating and CO₂-absorbing capability. They could also supply some fresh edible vegetable for a 2-person crew.     

虚警影响下的备件库存优化

在虚警存在时完好的零部件被误诊为故障件而对维修站点发出备件需求,从而会对备件的需求率高估,所以需要引入虚警率修正备件需求率使之更为精确.证明了当虚警率服从指数分布时,考虑虚警的外场故障发生数仍然符合泊松分布.根据多层可修件库存控制理论,建立考虑虚警率的需求数和期望备件短缺数（EBO,Expected BackOrder）的函数关系,以期望备件短缺数为优化目标,对目标函数进行凸分析,建立面向系统虚警的备件配置凸优化算法,保证所选库存方案在系统发生虚警的情况下提高系统效能,并构建了某型飞机的应用验证案例,给出了最优的备件配置方案.      

3PRS/UPS冗余驱动并联机器人刚度特性分布

设计提出了一种采用冗余驱动的3PRS/UPS三自由度并联机器人,并建立分析其机构模型.基于螺旋理论,对并联机器人进行运动学分析,通过分别针对机构的驱动和约束建立了雅可比矩阵,最后整合建立了包含冗余驱动在内的全雅可比矩阵.利用虚功原理,结合并联机器人驱动副和约束副的柔度影响,推导得出了机构全刚度矩阵.同时,分析了机构在给定静载荷条件下的变形情况,总结出机构的空间变形分布规律.使用刚度矩阵的最小、最大特征值和运动刚度指标（KSI,Kinematic Stiffness Index）为机构刚度评价指标,对比和分析了引入冗余驱动前后对并联机器人刚度特性分布的影响,得出冗余驱动支链的引入可提高并联机器人特定方向的刚度和改善刚度分布的结论,为冗余驱动并联机器人优化设计和开发应用奠定基础.      

基于遗传算法的双余度无刷直流电机优化设计

针对航空电作动系统用双余度无刷直流电机的方案寻优问题,提出了一种基于遗传算法的优化设计方法.通过分析航空作动系统的特点和性能要求得出电机优化设计的目标函数和约束条件.建立电机的电磁和热路模型,得到目标函数和约束条件的解析方程.其中,在电磁模型的建立过程中,采用解析方法得到气隙磁密和反电势系数表达式;在热路模型的建立过程中,采用Bertotti分立铁耗法计算铁心损耗,并利用热路法求解电机各部分的温升.通过遗传算法对电机重量全局寻优.计算结果表明:在满足性能要求的前提下,优化设计方案合理,电机重量减小了13.3%,验证了该优化设计和建模方法的有效性.      

对解线频调ISAR的间歇采样转发干扰

针对间歇采样转发应用于宽带ISAR干扰问题,研究了间歇采样转发信号经解线频调ISAR二维成像处理后信号特性,通过推导干扰信号对应的二维输出形式,讨论了干扰图像变化情况并由此分析了间歇采样周期和占空比对干扰效果的影响。利用数字仿真验证了干扰输出形式及图像特征理论分析的正确性;将实测数据与间歇采样转发处理相结合,初步验证了间歇采样转发干扰能够形成二维ISAR假目标。     

改进的GPS掩星滑动频谱方法

在大气多路径和噪声的条件下,高斯白噪声会造成滑动频谱方法获得的弯曲角与真值之间的偏离,无法获得较好的反演结果。为此,文章提出了一种改进的滑动频谱方法,即利用信号的振幅和谱能量信息对滑动频谱方法进行修正,削弱了信号中噪声的影响,与真值较为接近。分别用改进前后两种方法对中华卫星三号计划（Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate,COSMIC）的掩星进行反演,并将其折射率计算结果和通过全谱反演方法获得的折射率一起,与欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium Range Weather Forecasts,ECMWF）的分析场资料进行了统计比较。结果表明：改进的滑动频谱方法删除了信号中的部分噪声,减少了系统偏差;与全谱反演方法进行比较,发现两者具有相当的反演精度。     

地球低纬区边缘大气密度的预测

基于NRLMSISE-00大气模型讨论日地空间环境对地球低纬度地区边缘大气密度的影响,提出预测地球低纬地区边缘大气日平均密度的简化模型法和经验法。简化模型法利用地磁活动和太阳活动的11年准周期特性,通过预测地磁活动和太阳活动的变化规律以预测地球边缘大气密度。经验法则直接利用第23个太阳活动周期的日平均密度变化曲线经过傅里叶变换处理得到日平均密度变化规律曲线,然后将曲线拟合得到不同高度下的密度昼夜波动规律,再利用预测得到的日平均密度即可计算出具体当地时间对应的密度情况。误差分析说明经验预测法比简化模型法精度更高。两种方法均具有较高的精度并且使用方便,可用于地球边缘大气密度的工程化预测计算。