高阶微分反馈控制及在四旋翼飞行器中的应用

高阶微分反馈控制是不依赖系统精确模型的控制策略,采用控制滤波器间接补偿系统的未知模型。但其中的高阶微分器没有用来估计系统的未知模型函数,采用的是间接补偿未知模型函数方案。改进了高阶微分器,将控制输入引入其中,既能实时估计非线性模型中的未知函数,也能估计系统输出及参考输入的微分信息。对比分析了改进的高阶微分器和扩张状态观测器所估计的未知函数的收敛性,证明前者的型别比后者高一个类型。应用估计的微分和模型函数设计了新的高阶微分反馈控制算法,该方案能够抑制未知扰动,并成功地应用于四旋翼飞行器(QUAV)姿态系统的控制。应用Lyapunov函数从理论上证明了闭环系统的稳定性。在基于Pixhawk的控制测试平台实验中,分别采用改进的高阶微分反馈控制、PID控制、自抗扰控制和传统的高阶微分反馈控制方案,测试四旋翼飞行器对不同参考姿态的跟踪性能和抗扰性能。结果表明,所提出的改进高阶微分反馈控制方案,在暂态性能,稳态跟踪精度和抗干扰鲁棒性方面,大幅度优越于其他方案。     

火星大气进入段抗饱和固定时间阻力加速度跟踪制导律设计

研究了具有固定时间收敛特性的火星探测器大气进入段的标称轨迹跟踪制导问题。首先,针对横向运动,给出与速度成线性关系的航向误差漏斗走廊形式,完成了倾侧角的反号逻辑设计。与横程漏斗走廊反号逻辑相比,该逻辑计算量小,更适用于宇航计算机。与航向误差宽度走廊反号逻辑相比,该逻辑在高速状态下能够避免倾侧角的频繁切换,可提高任务成功的概率。其次,针对纵向运动,通过RBF神经网络补偿了倾侧角饱和问题,利用积分滑模设计了阻力加速度固定时间饱和跟踪制导律,其不仅可有效消除滑模控制的抖振问题,且将跟踪误差以两种不同形式引入制导律,能够加速收敛,能够保证跟踪误差在固定时间内快速收敛至0。最后,通过数值仿真验证了所设计的横向倾侧角切换逻辑和纵向制导律对标称轨迹的快速、精确跟踪能力。     

封闭圆柱壳振动与内声场耦合的数值计算

主要研究弹性板壳结构振动与声场耦合的特性,旨在寻求该结构与声场的耦合频率的解析解。基于振动微分方程,利用模态叠加法求解位移响应,结合结构与声场的边界条件,得到了求解耦合频率的方程组。最后,采用Broyden秩1算法获得了耦合频率的解析解。该求解过程具有一般性,为弹性板壳结构与声场耦合的研究提供了一定的理论基础。     

多功能水冷壁排管爬壁机器人的研制

介绍了一种新研制开发的永磁吸附式双履带结构爬壁机器人,主要应用于火力发电站的大型排管锅炉中的水冷壁排管壁面的清扫和检测,并能够在检测到壁面厚度小于预置的极限值处发出报警信号、打标记,具有较高的推广应用价值。文中阐述了该机器人的结构、磁路的优化设计、自动测厚、打标系统和控制系统的研制。目前,该机器人已经经过多次现场试验。各项指标均已达到设计要求。     

一种针对局部结构的有限元模型修正方法

针对实际结构有限元模型（FEM）的建模误差通常仅存在于局部区域,提出了一种对局部结构单独进行模型修正的方法。首先,根据频响函数（FRF）解耦理论得到由残余结构频响函数与包含待修正参数的局部结构动刚度所重构的整体结构频响函数的拟合值,然后通过迭代优化使其与测量值的残差最小化,从而得到参数的极大似然估计。在此基础上,将残差关于参数的灵敏度以局部结构动力学矩阵表示,建立了模型修正的基本方程,利用整体结构的测试数据即可直接对分离出来的局部结构进行模型修正。最后,对喷气式飞机和三角机翼飞机分别进行了数值模拟和实验研究,验证了所提方法的可行性和有效性。结果表明,所提方法可以成功地用于仅局部区域含有建模误差的实际结构有限元模型的修正,修正后的有限元模型的动态特性与实际结构有较好的一致性。     

抗振晶体振荡器的仿真设计CSCD

本文介绍了利用仿真软件进行抗振晶体振荡器设计的方法,通过建立晶体振荡器结构仿真模型,对其力学特性进行深入细致的分析,并在此基础上对比分析减振材料的剪切模量和被减振物质量对晶体振荡器抗振性能的影响,优化晶体振荡器减振结构。然后,根据仿真设计制做了抗振晶体振荡器,并进行了随机振动试验。结果表明,试验现象与仿真结果基本一致,验证了仿真分析的有效性,且振动下晶体振荡器相位噪声达到-145d Bc/Hz@1k Hz,极大地提高了晶体振荡器的抗振性能。     

泰扶纤维加固钢筋砼梁抗剪性能试验研究与理论分析

分析了12片粘贴泰扶高强复合纤维的钢筋混凝土矩形梁的抗剪性能，并与2片比较梁进行比较，研究该加固技术的抗剪加固效果。确定了纤维粘贴量、包裹方法和剪跨比等因素对钢筋混凝土加固梁抗剪性能的影响程度，提出了抗剪加固设计中的复合纤维设计应变的合理取值、加固设计模型和设计方法。通过非线性计算程序计算验证本文计算公式是合理的、可行的。     

SGCMG框架伺服系统动力学建模与低速控制

单框架控制力矩陀螺(SGCMG)框架伺服系统内部存在的各种干扰会严重影响陀螺的力矩输出精度。为了实现力矩输出的高精度控制,需要对框架伺服系统进行精确动力学建模与控制。通过对作用于航天器上SGCMG的详细动力学分析,建立了框架伺服系统动力学模型,其中考虑了动静不平衡干扰力矩以及摩擦力矩。基于正弦永磁同步电机,利用自抗扰理论设计了框架伺服系统内外环控制器。仿真结果表明,在忽略转子不平衡所引起的高频干扰力矩的前提下,此控制器能对内外环存在的所有建模及未建模干扰进行准确估计和补偿,保证了框架的高精度控制。通过仿真还得到了转子不平衡对框架控制精度的影响量级,将为进一步研究如何抑制不平衡振动提供参考依据。     

一种新的星载自动识别系统检测概率计算方法

针对现有星载AIS检测概率计算方法没有考虑不同解调算法对检测结果影响的问题,提出了一种基于泊松分布船舶检测模型的星载AIS检测概率计算方法。该方法首先计算混叠信号功率差和频差的联合概率分布,以及算法的解调概率,进而将两者相结合得到表征算法能力的关键参数,代入AIS检测概率模型进行计算,可使得原有模型具有适应不同解调算法的能力。仿真表明该方法可有效应用于实际工程的评估,对星载AIS的系统设计有重要的参考价值。     

星载遥感高光谱成像仪电子学抗辐照设计

高光谱成像载荷在高空间分辨率、光谱分辨率及大幅宽等方面指标需求不断提升,使得星载遥感的抗辐照设计问题愈发明显,文章提出了针对任务需求从器件级、电路级以及载荷分系统级分层设计兼顾成本的设计方法,以增强高光谱成像仪抗辐照能力。该方法依据分系统各层级、各功能模块抗辐照能力水平高低,从器件选用把控、电路应用加固到整个载荷的整体屏蔽优化的具体实际应用,对应用情况进行分析计算及优化迭代、等效测试试验验证,实现了抗辐照能力和研发成本合理平衡。通过在多个遥感系列卫星高分辨率高光谱成像仪上的成功应用,结果表明：该高光谱成像仪的抗辐照设计方法具有科学性和稳健性,有效提升了卫星载荷的可靠性和研制效率。