自适应二阶动态terminal滑模在近空间飞行器控制中的应用

为克服滑模抖振,设计了二阶动态terminal滑模,得到在时间本质上连续的控制器,并使滑模面在有限时间内收敛.然后采用非线性干扰观测器逼近复合干扰,通过在控制器中设置自适应补偿项,放宽了非线性干扰观测器的假设条件,不再要求复合干扰变化率为零.基于李雅普诺夫理论,严格证明了系统稳定性.最后将提出的控制方案应用于近空间飞行器姿态角跟踪仿真实验,仿真结果表明了该控制方案的有效性及优越性.      

气动热数值模拟中的网格相关性及收敛

针对气动热数值模拟中的网格相关性和收敛问题,采用计算流体力学(CFD)计算方法,以典型的钝头为算例,进行了数值模拟研究。研究结果表明:网格是气动热数值模拟中的关键因素,壁面附近法向网格间距最为敏感,热流结果随网格间距不同会出现数倍乃至数量级的差异,在得出正确的壁面压力结果的网格上不能保证得到正确的热流结果。分析认为壁面附近客观存在的巨大温度梯度是网格要求敏感的原因。计算表明:气动热计算的收敛过程比压力和流场收敛慢得多;在压力和流场完全收敛时,热流与最终的迭代收敛值偏差达20%以上;以方程残值的下降量级和压力收敛作为热流收敛的判别标准是不合适的。在气动热计算中,应直接观察热流数据的收敛,确保得到真正的收敛解。     

基于序列图像的航天器自主导航降维滤波方法

非合作目标的运动感知与状态估计,是太空领域技术发展的重要组成部分。非合作目标相对状态的精确估计是相对导航的难点问题。传统的非合作目标扩展卡尔曼滤波算法需要结合非合作目标的质心位置,增加了状态变量的维数,提高了系统不确定性,从而会影响状态扩展卡尔曼滤波的收敛速度。提出了一种基于序列图像的非合作目标相对导航方法,该方法在不对质心进行估计的情况下首先对非合作目标姿态进行估计,在完成非合作目标姿态估计后再对其质心进行估计。本文推导了光学相机测量值与目标真实姿态的关系,构建了基于序列图像的测量模型,分别建立了不含有非合作目标质心位置的状态方程和基于非合作目标位置、速度矢量的状态方程,设计了适用于非合作目标状态估计的扩展卡尔曼滤波算法。仿真实验表明该方法可在10 Hz采样频率下经过50次采样（即5 s）内快速收敛,从而有利于空间飞行器的在轨服务与维护。     

多重网格在突扩燃烧室流场计算中的应用

多重网格法是一种具有快速收敛性特点的新计算技术,该法在求解偏微分方程时用一系列逐步加密或减疏的网格去离散求解区域,不同粗细网格可以消除不同波长的误差,从而加速了收敛。本文将此法应用于计算突扩燃烧室流场。SIMPLE算法和紊流k-ε模型被采用来预估旋流器后气流速度u,v,w和紊流参数k,ε分布以及回流区尺寸。计算结果表明,在达到同样计算精度条件下,与单层网格相比,此法可以加快收敛速度,缩短机时,减少计算费用,从而使数值计算在工程应用方面得到进一步推广。     

基于带波动算子非线性Schroedinger方程数值分析的守恒差分算法

对一类带波动算子的非线性Schrodinger方程进行了数值分析，提出了一个含参数的二阶守恒差分格式，根据参数选取的差异，该格式既可隐式计算也可显式计算。对初值条件进行了中心差分离散，使其具有二阶精度，从而与守恒格式的精度一致。利用矩阵理论证明了差分解的存在惟一性，并利用一个重要的不等式在先验估计的基础上，运用能量估计的方法证明了该格式按无穷范数以二阶精度收敛到真实解。数值实验表明该格式具有较高的计算效率。     

统一混沌系统的指数型超曲面terminal滑模同步控制

讨论了一类统一混沌系统的指数型超曲面terminal滑模控制同步问题,并且针对初始状态离原点的不同,设计了3种超曲面,使得在系统初始状态远离平衡点和接近平衡点的情况下,均能较快地实现同步,从而弥补了接近平衡点收敛速度慢的不足。而且由于指数自适应环节的引入,使得滑模面的形式得到统一与简化,收敛性能得到进一步优化。最后仿真结果表明了该方案的有效性。     

快收敛高可靠PPP-RTK大气改正模型生成方法

生成快收敛、高可靠的大气改正模型是PPP-RTK（precise point positioning-real-time kinematic）应用的关键和瓶颈问题。对顾及快收敛和可靠性的PPP-RTK大气改正模型生成方法进行了研究，通过迭代约束和时域约束保证其快收敛与可靠性，利用武汉CORS（continuously operating reference stations，连续运行参考站）进行试验，45s能够实现水平10cm（95%）的定位精度。在此基础上利用香港CORS进一步验证与分析得出：增加格网密度能够提升定位精度但会增加信息量，需要综合考虑定位效果和播发的信息量，面向普通用户的格网大小经纬度建议设置为0.5°~0.8°；生成大气改正模型的参考站空间分布必须合理且均匀，同时提出可以在合理范围内加入虚拟参考站约束大气改正模型的生成从而保证其收敛性与可靠性。     

双层梯度蜂窝吸波结构优化设计

设计了一种带蒙皮和金属底板的双层梯度蜂窝吸波结构，并利用Hashin-Shtrikman（HS）模型获得其等效电磁参数。在此基础上，以反射率低于-10dB带宽最大为优化目标，利用保收敛粒子群优化算法（Guarantee Convergence Particle Swarm Optimization，GCPSO）对四种不同排序方案的双层梯度蜂窝吸波结构进行优化设计。结果表明，入射电磁波的角度和极化方式以及吸波材料的选择、排序和厚度对双层梯度蜂窝结构的吸波性能有很大的影响；不同入射角度下TM极化时的吸波特性明显优于TE极化，在入射角为60^°时最为明显；对比四种方案优化结果显示，case 1方案由于选用损耗角较小的吸波材料充当透波层，分布于蒙皮下面，而选用损耗角较大的吸波材料作吸收层，并置于吸波结构底层，因而具有最大的优化目标函数，吸波效果最佳，且蜂窝高度仅为具有相同吸波效果的case 3方案的49.44%。因此，选择case 1方案作为本文最终优化结果。     

Finite time non-singular sliding mode control for spinning tether system with prescribed performance under artificial gravity mission

In this paper, the spinning tether system (STS) is applied to produce the artificial gravity overload with a proposed spin-up scheme in elliptical transfer orbits. To improve the comfort of the astronauts during spinning, the combined control scheme with tension and thrust is designed for spin-up. Then, based on the novel performance function and sliding mode technology, a finite time prescribed performance controller is proposed to track angular velocity for the desired artificial gravity overload. Compared with the existing works, the tracking error is controlled within the preset transient performance and converged to the origin within finite time even in the presence of unknown external disturbance. The stability of closed-loop tracking system is proved by Lyapunov theorem. Finally, the numerical simulations are given to demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed controllers in the artificial gravity mission.