过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制

针对四反作用飞轮配置的刚体航天器执行机构故障以及外部干扰等问题,提出一种姿态容错控制分配算法。该方法通过设计滑模观测器,实现在有限时间内对执行机构故障与外部干扰的精确重构;特别地,应用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器能够在有限时间内实现对闭环姿态的全局渐近稳定控制,且该控制策略可实现对反作用飞轮故障与外部干扰的鲁棒性。此外,采用计算量较小的基序最优控制分配方法快速实现了期望控制力矩到四反作用飞轮指令控制力矩分配。最后,针对某型号航天器以及各种反作用飞轮故障进行数值仿真,仿真结果表明所设计过驱动航天器飞轮故障重构与姿态容错控制方法能够在线、及时、精准地完成故障重构与控制分配。     

航空电励磁双凸极电动机角度优化控制策略

电励磁双凸极电机的传统标准角控制方法,在换相时容易产生负转矩,存在转矩脉动大的缺点;三状态提前角度控制方法,解决了电机在高速工作时的转矩小的不足,但也增大了转矩脉动。通过分析两种控制方法的优缺点,结合传统电机成熟的控制方法,提出了一种应用于电励磁双凸极电机的六状态优化提前角度控制策略,并推导出该控制策略下的最优提前角度。通过仿真和实验验证,该优化策略可以有效减小转矩脉动,并增加电机的转矩,提高了该电机的起动性能。     

Near-optimal geostationary transfer maneuvers with cooperative en-route inspection using hybrid optimal control

This research investigates the performance of bi-level hybrid optimal control algorithms in the solution of minimum delta-velocity geostationary transfer maneuvers with cooperative en-route inspection. The maneuvers, introduced here for the first time, are designed to populate a geostationary constellation of space situational awareness satellites while providing additional characterization of objects in lower-altitude orbit regimes. The maneuvering satellite, called the chaser, performs a transfer from low Earth orbit to geostationary orbit, during which it performs an inspection of one of several orbiting targets in conjunction with a ground site for the duration of the target?s line-of-site contact with that site. A three-target scenario is used to test the performance of multiple bi-level hybrid optimal control algorithms. A bi-level hybrid algorithm is then utilized to solve fifteen-, and thirty-target scenarios and shown to have increasing benefit to complete enumeration as the number of targets is increased. Results indicate that the en-route inspection can be accomplished for a small increase in the delta-velocity required for a simple transfer to geostationary orbit given the same initial conditions.     

结构参数对拦阻钩碰撞反弹动力学影响分析

针对新型舰载机拦阻钩设计初期技术人员关心的拦阻钩结构参数的选型问题,以某拦阻钩为研究对象,基于刚体碰撞理论建立了拦阻钩碰撞反弹动力学模型,研究了拦阻钩碰撞反弹的动力学特性。通过拦阻钩碰撞反弹试验对碰撞模型进行了参数修正,分析和对比了不同缓冲器安装形式下拦阻钩碰撞反弹特性,论述了重心位置、缓冲器油孔半径和初始压强对拦阻钩反弹动力学性能的影响,最后提出了一种拦阻钩缓冲器结构参数优化设计方法并进行了参数优化。结果表明：Ⅱ型缓冲器安装形式更优;随着拦阻钩重心位置距上铰接点长度增大,弹跳高度增大,缓冲器作用力减小;随着缓冲器油孔半径增大,弹跳高度增大,缓冲器作用力减小;初始压强增大,弹跳高度减小,缓冲器作用力增大。     

航空复合材料结构精密干涉连接技术综述

凭借在强度、韧性及寿命上的优势,复合材料尤其是碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）逐渐作为主承力结构应用于飞机产品,但由于极易产生连接损伤,其机械连接正面临"干涉破坏强度,非干涉降低性能"的矛盾。而其关键在于对干涉量的精密控制,即实现复合材料结构的精密干涉连接。针对此问题,本文分析了航空复合材料结构精密干涉连接的特点、难点与应用现状,并提出了航空复合材料结构精密干涉连接技术体系框架,重点归纳总结了航空复合材料结构精密干涉连接的三大核心问题：复合材料干涉连接孔周应力分析方法、干涉连接结构损伤萌生与扩展机理、干涉连接结构力学性能退化机制的学术发展脉络及现有问题,在此基础上,指出了未来航空复合材料结构精密干涉连接技术在模型、紧固件、工艺、材料等层面的发展趋势。     

球面磁悬浮万向飞轮转子轮盘优化设计

为实现磁悬浮飞轮的磁路解耦,消除磁轴承相互干扰,提出一种球面磁悬浮万向飞轮转子方案,采用轴向和径向两个球面磁阻式磁轴承控制转子的3个平动自由度,结合洛伦兹力磁轴承实现了磁悬浮飞轮转子五自由度全主动控制、全通道磁路解耦,以精确控制飞轮转子万向偏转,为提升磁悬浮飞轮姿态控制力矩带宽和姿态敏感精度提供了方案支持。根据球面转子结构特性,以质量为优化目标,以一阶共振频率、最大等效应力、刚体位移、极转动惯量、惯量比、质心与形心距离为约束条件,利用多学科优化软件iSIGHT集成ANSYS有限元分析软件,选取序列二次规划算法,对球面转子轮盘进行优化设计。结果表明,在满足设计指标的同时,轮盘质量降低了2.98%,质心与形心的距离大幅降低了1个数量级,仅为12 μm,转子高速旋转时的刚体位移为13.65 μm,有效保证了球面转子在工作时的稳定性和可靠性。     

弹载SINS四元数模约束下滤波空中对准

针对弹载SINS/GPS系统的空中对准,提出一种四元数模约束条件下的非线性滤波初始对准算法。首先,利用坐标变换和四元数姿态描述,将传统的强非线性滤波对准问题转化为一个二阶弱非线性滤波问题;其次,采用二阶扩展卡尔曼滤波（EKF）对二阶非线性部分进行处理,得到一种简洁的滤波对准方案;最后,推导了四元数模约束条件下滤波算法的最优实现,及反馈四元数估计结果时的闭环滤波形式。利用车载MEMS IMU/GPS系统,进行了初始对准的地面试验,结果表明,在车辆弱机动条件下,对准算法能够实现姿态和惯性器件误差的快速估计,实现惯导系统的对准。     

EHA反馈线性化最优滑模面双模糊滑模控制

为提高电静液作动器（EHA）控制性能,提出了一种反馈线性化最优滑模面的双模糊滑模控制方法。该方法在EHA的非线性模型上,利用反馈线性化方法将其线性化,在此基础上建立线性切换函数,并采用最优控制理论对切换函数进行设计。为削弱抖振将模糊控制算法引入滑模控制中,采用一个模糊控制器,根据最优滑模函数运动特性的数值对切换控制增益进行估计;采用另一个模糊控制器,根据滑模控制原理对切换控制项进行调整。仿真结果证明了该方法的有效性。      

多约束下备件多层多级库存优化模型

备件库存优化是提高装备保障效率和战备完好性的有效途径之一,针对目前部队现有多约束多层多级备件供应模式及工程实践要求的问题,以舰艇编队索马里护航任务准备阶段备件携带方案优化为研究背景,以舰艇保障经费、载荷和仓库体积为约束条件,以舰艇编队期望短缺数最小和可用度最大为目标函数,运用拉格朗日乘子法和边际效应法求出舰艇编队最优多层多级备件携带方案。通过实例将优化前后基地和后方仓库备件总的质量、体积及费用与对应约束指标上限进行对比分析,结果表明:本文模型和方法可以有效解决编队备件携带问题,同时也可为其他领域解决此类问题提供借鉴。      

基于松香酸酐的生物质环氧树脂体系流变特性

黏度是热固性树脂基体加工成型中主要的流变学参数。采用锥板旋转黏度计分别检测树脂体系在动态和稳态下的黏度-温度曲线和黏度-时间曲线,并根据优化改进的六参数双Arrhenius方程研究基于松香酸酐的生物质树脂体系的流变特性,分别由黏度相对方程的指数形式和对数形式拟合获得反应速率常数K和指前因数A,建立两种黏度模型。由对数形式拟合获得的黏度模型与实验测试值的吻合程度要优于用指数型关系式获得的黏度模型。流变模型揭示了生物质树脂体系在不同工艺条件(T,t)下的黏度变化规律,为复合材料制造过程中工艺参数的优化提供必要的科学依据。