平流层飞艇关键技术与自主控制技术研究

针对平流层飞艇特点,对平流层设计中的关键技术进行讨论。在分析飞艇受力情况下,依据理论力学原理和飞艇运动参数之间的几何关系,建立了以螺旋桨电驱动系统为动力推进的飞艇动力学方程和运动学方程,并进行了线性化处理:依据所建模型,综合滑模面设计和控制律两方面设计了飞艇变结构控制律,数字仿真显示了滑模控制律的有效性。     

结构优化技术在产品设计创新中的应用

优化设计能较好地把现代设计理论和经过长期实践验证的设计内容结合起来,在保证产品达到某些性能目标并满足一定约束条件的前提下,通过改变某些允许改变的设计变量,使产品的性能指标达到需要的期望值。综合应用拓扑方法和尺寸优化对于结构的创新设计是非常关键的,有利于发挥设计员的创新能力,同时可以提高产品的市场竞争力,甚至能复演产品的设计过程。     

无刷直流力矩电动机双闭环控制策略仿真分析

针对直接驱动阀(DDV,Direct Drive Valve)伺服系统存在负载扰动和经典的"三环"结构不能满足DDV伺服系统快速性要求的问题,采用双闭环控制系统.对位置环+速度环和位置环+电流环两种双闭环系统进行比较,在频域内设计和优化调节器的控制参数.仿真结果表明:双闭环系统均具有较好的稳定性和动态跟踪品质,能有效地克服负载扰动的影响.在系统阻尼系数很小的情况下,位置环+速度环系统的负载适应性更好,位置环+电流环系统快速性更好,与理论分析结果符合.      

面向稀薄流非线性本构预测的机器学习方法

稀薄非平衡流域内连续介质假设已经失效,主要围绕Boltzmann方程及模型方程对稀薄非平衡流开展理论与计算研究,统一气体动理论格式（UGKS）是其中一种代表性方法。在稀薄非平衡流数值模拟中,Navier-Stokes （N-S）方程连续介质假设已经失效,不能有效描述流场非平衡特征。UGKS方法虽然计算精度高,但速度空间离散导致计算效率低下,多维高速条件下数值计算难以开展。基于数据驱动的思想,在N-S方程与UGKS方法的研究基础上发展出了一种稀薄非平衡流非线性本构关系求解方法（DNCR）。该方法以N-S与UGKS求解器获得的流场数值模拟计算结果作为训练数据集,基于流场特征参数采用极端随机树算法生成机器学习模型,对预测流场中线性黏性应力项与热流项进行非线性修正,并耦合非线性本构关系求解宏观守恒方程得到目标状态稀薄非平衡流动数值解。针对DNCR方法中所采用的机器学习方法-极端随机树模型,通过二维顶盖驱动方腔流算例对高维非线性建模涉及的特征参数选取、参数调优开展了相关验证工作,选取若干典型状态对极端随机树模型的泛化性能开展研究,并评估了相关模型与方法的计算精度与计算效率。     

基于后推技术的绳驱动拟人肩关节动力学控制

针对并联式绳驱动机器人建模困难、控制复杂等问题,采用拉格朗日动力学建模方法,推导得到便于控制器设计的标准动力学方程,考虑绳驱动的冗余特性和绳索的单方向受力性,提出基于最小预紧力的张力分配算法,求解出各绳索的驱动力.针对机器人轨迹跟踪控制问题,设计了基于后推技术的系统模型控制律.仿真结果表明:后推技术法在收敛速度方面明显优于计算力矩法,且各绳索的驱动力皆能满足其张紧所需的最小张力.     

基于MATLAB仪器控制工具箱的仪器驱动开发研究

首先描述了MATLAB和仪器之间的信息传递方式;然后以Ag34410A为例,分析了仪器驱动的开发过程,并用驱动程序测试工具对生成的驱动程序进行了验证;最后使用测试测量工具实现了对仪器的控制。     

基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法

为了控制装配过程中的关键装配特性,以大尺寸测量技术为辅助,实现大型零部件最优位姿装配,提出基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法。该方法将测量辅助装配(MAA)中的关键环节——最佳装配位姿拟合问题分为两步:第1步利用基于奇异值分解的解析方法将测量坐标系与装配现场的全局坐标系进行精确的空间配准,减小了坐标系对齐的误差,并以参考点拟合的偏差为优化目标,求解移动装配体当前位姿;第2步根据装配关键特性相关公差的重要程度,计算装配综合精度要求,并以最小综合偏差为优化目标求解移动装配体间的最佳装配位姿。随后给出了上述两个步骤的粒子群优化算法模型,将每步的待求解位姿作为一个拥有3个旋转自由度与3个平移自由度的粒子进行求解。最后对卫星舱段位姿最优装配问题进行仿真计算,结果证明了该优化算法在控制各项关键特性、提高综合装配质量等方面的有效性。     

低速冲击下裂纹成核的位错模型

从理论上研究低速冲击下金属材料中微裂纹的成核,建立了裂纹成核的位错模型,并在其中考虑温度与晶粒尺寸的影响;给出了在低速冲击载荷作用下脆性裂纹成核与延性裂纹成核的速度判据;定义了体现材料抗低速冲击能力的速度阻抗,确立了脆性裂纹成核与延性裂纹成核的速度阻抗的计算表达式;分析了在裂纹成核过程中的尺寸效应和脆性-延性转变。结果表明,裂纹成核的速度阻抗都随着晶粒的粗化而减小;脆性裂纹成核的速度阻抗随温度增加而增加,而延性裂纹成核的速度阻抗随温度增加而减小,两者的交点确定了脆性-延性转变温度。     

~4He量子干涉仪陀螺的数学模型(英文)

建立了4He量子干涉仪陀螺的数学模型,包括驱动方程,流量方程和位置方程。该数学模型可以完整地描述4He量子干涉仪陀螺系统。由驱动方程可知,采用热驱动的陀螺能够长期工作,但采用压力驱动的陀螺只能短时间工作。由流量方程可知,流过弱连接的超流体流量中,不仅含有表示旋转通量的交流流量,还含有由驱动引起的其他流量。位置方程表达了薄膜的位移,该位移是陀螺系统中唯一能被检测的物理量。基于实验参数的仿真验证了数学模型的有效性。根据本文建立的数学模型,可以进一步研究4He量子干涉仪陀螺的性能和分析该陀螺的误差。