欠驱动航天器姿态稳定的分层滑模控制器设计

利用分层滑模控制方法,为带两个控制执行机构的欠驱动刚体航天器的姿态控制系统设计了一种三轴稳定控制器。首先,给出了基于两个推力器的欠驱动航天器的姿态动力学和运动学模型,分析了其模型特点。其次,将子系统的变量进行组合定义成第一层滑模面,利用Filippov等效定理求出等效控制律。然后依次构造出第二层滑模面及第三层滑模面,根据滑模控制原理求出切换控制律,进而得到总的控制量。利用Lyapunov稳定性理论和Barbalat引理及推论证明了各层滑模面的全局渐近稳定性。仿真实验验证了该控制方法的有效性。     

基于低成本陀螺和倾角仪的姿态估计

针对动中通测控系统中低成本陀螺和倾角仪的姿态估计和陀螺误差校正问题,提出一种利用UKF（Uncented Kalman Filter）滤波器对载体姿态角进行估计,然后利用互补滤波器对陀螺漂移进行估计的算法。该算法通过设计三维完全可观测UKF滤波方程和陀螺误差校正模型对姿态角和陀螺漂移分别进行估计,有效避免了利用卡尔曼滤波进行姿态估计和陀螺漂移误差估计时由于误差模型不准确而产生的发散问题,同时降低了滤波器维数。试验中姿态角估计误差在1°以内,x轴陀螺漂移估计误差为0.0148°/s,y轴陀螺漂移估计误差为0.0017°/s,试验结果表明该算法能有效提高姿态角估计和陀螺漂移估计的精度。     

近地轨道卫星的地影预报算法

针对传统地影预报算法计算量大,不适合星载计算机进行地影时刻自主预报的问题,提出一种地影预报星上算法。通过构造降维坐标系将卫星进出地影过程转换为“星-地-日”平面内的几何问题;基于常数变易法推导出阴影条件的隐式解析公式,其方程系数可由实时轨道参数确定。为简化计算,将星上算法设计为双层结构：构造迭代算法,依据实时轨道参数可精确预报卫星在每个节点上的地影时刻;而在任意两个节点之间采用解析算法进行近似预报。仿真结果表明,星上算法的预报精度高且计算量小,适合星载计算机进行地影时刻自主预报。     

激光光斑形状及入射角对PSD位置输出影响的研究

位置敏感探测器（PSD）探测的是光斑能量的重心位置,通常利用半导体激光器作为PSD位置探测的光源。半导体激光器的光源存在衍射现象,入射角度的变化会引起光斑能量重心的变化,从而导致PSD输出特性的变化。本文通过计算得出圆光斑和＂十＂字形光斑的能量分布,光阑半径越小,光波长越长,衍射现象越明显,对PSD的输出影响越大。通过分析入射角变化对PSD输出特性的影响得出：入射光线在PSD敏感面垂直位置附近发生小角度变化时,重心的偏移会很微小,对PSD的输出特性影响较小。     

高性能的标准单元库设计

从仿真和流片两个方面对标准单元库的验证方法进行了研究.在仿真方面,提出了采用静态时序分析工具和SPICE仿真工具对单元的估算值和仿真结果进行比较分析的方法来验证,同时还给出了具体的操作步骤实例.在流片验证中,提出了一种非常有效的电路结构.这种电路结构不但能够准确验证时序,还能极大地减少PAD数量;最重要的特点是:该电路能够完全避免PAD和非被测单元的引入带来的额外延迟,从而得到准确的被测单元延迟.     

基于位姿可达空间的太空机械臂容错路径规划

为了使太空机械臂在关节锁定故障后仍能继续完成后续任务,提出一种基于位姿可达空间的太空机械臂容错路径规划方法。基于牛顿-拉夫逊法计算太空机械臂关节人为限位,完成满足任务需求的退化工作空间求解,通过构造姿态可达度指标,在退化工作空间的基础上建立故障机械臂基坐标系下的位姿可达空间。通过在代价函数中增加最小奇异值代价项改进传统A^*算法,基于改进A^*算法在所建立的位姿可达空间内完成太空机械臂容错路径规划。所提方法综合了位姿可达空间与改进A^*算法各自的优势,实现了关节锁定故障太空机械臂同时满足避奇异与位姿可达要求的轨迹搜索。通过建立7自由度太空机械臂运动学模型开展数值仿真研究,仿真结果验证了所提容错路径规划方法的有效性。     

固定几何气动矢量喷管气动性能数值仿真

为掌握固定几何气动矢量喷管气动性能,通过CFD数值模拟的方法,研究了主流落压比、扩张段二次流落压比、扩张段二次流角度和引射对固定几何气动矢量喷管轴向推力系数的影响;主流落压比、扩张段二次流落压比和扩张段二次流角度对矢量角的影响;主流落压比、喉道二次流落压比和喉道二次流角度对喉道控制率的影响。结果表明:随主流落压比增大轴向推力系数增大,矢量角减小,喉道控制率减小;随扩张段二次流落压比增大推力系数减小,矢量角增大;随喉道二次流落压比增大,喉道控制率增大;随扩张段二次流角增大轴向推力系数减小,矢量角略有减小;随喉道二次流角增大喉道控制率增大;随引射方式增加喷管推力系数增大。     

Single track and single layer formation in selective laser melting of niobium solid solution alloy

Selective laser melting (SLM) was employed to fabricate Nb-37Ti-13Cr-2Al-1Si (at%) alloy, using pre-alloyed powders prepared by plasma rotating electrode processing (PREP). A series of single tracks and single layers under different processing parameters was manufactured to evaluate the processing feasibility by SLM, including laser power, scanning speed, and hatch distance. Results showed that continuous single tracks could be fabricated using proper laser powers and scanning velocities. Both the width of a single track and its penetration depth into a substrate increased with an increase of the linear laser beam energy density (LED), i.e., an increase of the laser power and a decrease of the scanning speed. Nb, Ti, Si, Cr, and Al elements distributed heterogeneously over the melt pool in the form of swirl-like patterns. An excess of the hatch distance was not able to interconnect neighboring tracks. Under improper processing parameters, a balling phenomenon occurred, but could be eliminated with an increased LED. This work testified the SLM-processing feasibility of Nb-based alloy and promoted the application of SLM to the manufacture of niobium-based alloys.     

高超侧压进气道前/后掠的数值分析和比较

侧板构型和唇口位置是影响侧压式进气道性能的关键参数。选取了5个具有一定代表性的状态点对前/后掠进气道模型进行了计算和分析,重点比较了当侧板前/后掠时进气道的流量系数、压升、出口气流均匀度等性能。通过对比分析,发现侧板前掠时进气道的流量系数、压升大于侧板后掠结果,且进气道出口流场更均匀。当马赫数较低时,前/后掠进气道性能差别比较明显:同为50%溢流窗,来流马赫数4时,侧板前掠的进气道流量系数比侧板后掠的情形高出7.7%;而当来流马赫数为8.09时,侧板前掠的进气道流量系数仅高2.6%。     

失重飞机飞行方法研究

通过分析失重飞机飞行的运动特性、失重飞行操纵方法以及失重飞行的影响因素等,总结了失重抛物线飞行的基本方法。在理论分析的基础上,通过模拟仿真试验的手段对失重抛物线飞行的全过程进行了飞行仿真试验,对失重飞行的操纵方法进行了研究。仿真试验表明,此飞行方法是可行的,可为失重飞机飞行试验提供参考。