电火花成形机床云端服务平台建设及验证技术研究

为了提高电火花成形机床的运行寿命和维修效率,降低航空、航天、能源等领域对难加工材料、复杂结构零部件使用电火花成形机床加工的工艺难度,提高加工工艺服务的共享性与便利性,开展了电火花成形机床云端服务平台建设关键技术研究,包括平台的系统架构方案设计、软硬件设计实现;基于该平台开展了电火花成形机床的云端运行监控及航空发动机关键零部件涡轮盘的电火花加工远程工艺服务试验,验证了该平台建设的有效性。     

一种新的高频输出零电压开关逆变器

提出了一种新的适用于高频交流配电系统的移相全桥逆变器。新的主电路在变压器副边输出端加入谐振式滤波器。该逆变器具有以下优点：(1)输出高频恒压正弦波,THD小;(2)能从空载到阻性满载范围内实现主功率管零电压开关;(3)更低的电磁干扰。本文阐述了变换器的工作原理,讨论了超前和滞后开关管的软开关的实现条件,比较了提出的谐振式滤波器与传统的谐振式滤波器的不同点,给出了设计方法,并通过一台输出150V／120kHz／2200VA的实验样机验证了工作原理,最后给出了实验波形。实验结果与理论分析一致,证明了该拓扑和控制方案的可行性。     

逆轨拦截机动目标的三维最优制导律

以大气层内导弹逆轨拦截高速机动目标为背景,本文运用最优控制和双曲正切函数设计带角度约束的三维最优制导律。分别假设导弹弹道倾角和弹道偏角保持瞬时恒定,将三维制导分解为两个相互垂直平面内的二维制导。考虑导弹速度时变的情况,建立带角度约束的制导方程。设计一种双曲正切函数的变种,并将其设为脱靶量和角度约束的权重系数,根据极小值原理推导了最优制导律的解析表达式。双曲正切函数变种的引入,使得制导律对脱靶量和角度约束的要求是逐渐增强的,可以解决传统最优制导律初始段过载指令过大的问题。仿真结果表明了该制导律的有效性。     

在轨服务中的仿生抗冲击结构研究

针对在轨服务航天器末端执行器在抓捕目标时由于速度不匹配而产生的振动问题,本文受自然界中高速奔跑的袋鼠腿部结构启发,将嵌套仿生X形结构安装在服务航天器机械臂和抓捕机构之间,来抑制由碰撞所产生的抓捕后振动。通过对此系统在受到外冲击力下进行建模分析,并与传统的弹簧质量阻尼器和单层仿生X形结构的隔振性能进行对比,仿真结果表明,此嵌套仿生X形结构隔振系统具有更好的振动隔离效果,能够更加有效地抑制航天器抓捕后振动。     

考虑多禁止指向区域的航天器反步姿态机动控制

针对规避多个禁止指向区域的航天器姿态机动控制问题,本文在利用势函数法构造约束条件的基础上设计了一种基于反步法的航天器姿态机动控制律。首先,构造了一种通用的基于误差四元数的航天器锥形禁止指向姿态集描述,并将其转化为凸约束集形式。其次,基于该凸约束集,提出了一种物理意义明确的新型凸势函数构造方法,且该势函数仅存在唯一全局最小值,避免了传统势函数的局部极小值问题。进一步地,考虑多个禁止指向区域,设计了一种基于反步法的航天器姿态机动控制律。最后,通过典型数值仿真算例表明了本文所提出控制算法的有效性和优越性。     

基于有效透气量对火星降落伞气动力系数预测分析

针对火星探测任务中降落伞开伞环境为低密度大气的特点,本文由降落伞气动力系数与透气量关系,提出了通过降落伞有效透气量预测降落伞气动力系数的方法,该方法先由织物透气量试验获取伞衣透气量拟合曲线和透气量常数,再根据风洞试验得到两种有效透气量下的气动力系数,然后由有效透气量插值获取了盘缝带(DGB)伞火星大气条件下气动力系数,并且通过空投试验数据对该方法进行验证。计算结果表明,在火星条件下,降落伞气动力系数与风洞条件下变化趋势基本一致。Ma 0.4工况阻力系数的变化范围为0.583～0.622,Ma 0.8工况阻力系数的变化范围为0.438～0.494。     

面向小推力变轨的天文组合自主导航方法

针对小行星探测任务对导航系统自主性强、实时性高的需求,研究了一种面向小推力变轨的天文组合自主导航方法。根据工程实践分析并建立了电推进变轨过程中的动力学模型,给出了天文测角测速组合的小行星探测自主导航方案。为克服小行星探测器推力的不确定性,提出了采用自适应交互式多模型无迹卡尔曼滤波(AIMM-UKF)算法,以较少的模型个数实现对导航系统状态的覆盖,克服了模型集合先验信息不准确对导航精度的影响,提高了组合导航系统的鲁棒性和抗干扰能力。最后,通过数学仿真对组合导航算法的性能进行了验证,结果表明本文提出的组合导航方法估计精度更高、计算消耗更小,可满足小行星探测工程任务对导航系统自主性、实时性和高精度的需求。     

航天器柔性太阳翼最优PPF主动振动抑制方法

针对采用可变速控制力矩陀螺(VSCMG)进行柔性太阳翼振动抑制问题,提出一种基于求解非光滑 H∞ 综合问题的最优参数正位置反馈(PPF)控制方法。首先,建立考虑VSCMG和柔性太阳翼耦合的振动模型,得到了线性化的约束陀螺柔性板动力学模型,基于同位控制思想推导了以角度陀螺为测量装置的约束陀螺柔性板全阶状态空间模型。针对被控对象特性,确定最优PPF控制器的结构构型和待优化参数。进而,通过对约束陀螺柔性板全阶状态空间模型进行降阶、修正和加权处理,将PPF控制器参数优化问题转化为在PPF控制器构型约束条件下的非光滑H∞综合问题,并应用一阶下降算法进行寻优求解,实现最优PPF控制器的设计。该方法能够实现对各阶陀螺模态的独立控制,在保证快速性和鲁棒性的前提下,实现最优PPF参数的稳定高效求解。仿真结果表明,所提出的最优PPF控制方法能够快速、鲁棒地实现航天器柔性太阳翼的主动振动抑制。     

小天体光学导航特征识别与提取研究进展

针对小天体探测自主光学导航特征信息精确,快速获取的需求,阐述了利用图像信息实现光学导航特征识别与提取的必要性。首先分析了小天体光学导航特征识别与提取面临的主要问题;然后根据小天体探测各阶段目标成像特点,总结并分析了小天体探测光学导航特征识别与提取涉及的关键技术;最后,根据关键技术结合现有问题和未来发展需求,分析并对未来小天体探测光学导航特征识别与提取的发展趋势进行了展望。     

主从式编队航天器连通性保持与碰撞规避

针对主从式航天器编队过程中存在的通信距离约束、航天器之间的碰撞以及空间干扰等问题,提出一种基于非线性干扰观测器和人工势函数的分布性协同控制方法。当初始通信网络连通时,通过在分布式协同控制器中引入吸引势函数,保证整个编队过程中通信网络始终是连通的。针对主航天器速度仅有部分从航天器直接可知的情况,为每一个从航天器设计分布式的速度观测器估计主航天器的速度,从而实现航天器之间的速度协同。此外,通过在控制器中引入非线性干扰观测器对外界干扰进行观测,显著增强了航天器编队的精度。仿真结果表明,本文提出的分布式协同控制方法不但能够实现对主航天器的速度跟踪以及航天器之间的队形保持,而且能够在编队过程中实现通信网络的连通性保持和航天器之间的碰撞规避。