基于非线性模型预测控制算法的亚轨道再入轨迹优化

针对升力式飞行器再入终端需要满足窗口约束条件的情况,提出了一种基于模型预测算法的再入轨迹优化方法。该方法利用预测模型和滚动优化策略将非线性多约束优化问题转化为线性优化目标函数,并采用二次规划法求解该轨迹优化问题,得到了满足相应约束的亚轨道再入轨道。以某升力式再入飞行器为对象进行了纵向轨迹优化计算,仿真结果验证了该轨迹优化方法具有较高的精度和计算效率。     

基于新型终端滑模的航天器执行器故障容错姿态控制

针对受干扰的刚体航天器冗余执行器存在故障与控制受限的姿态跟踪控制问题,提出一类基于新型指数形式的非奇异快速滑模面（ENFTSM）与趋近律的姿态容错控制器设计方法。当部分推力器发生故障时,假设剩余推力器具有输出饱和特性且能提供足够推力保证航天器执行任务,相比一般终端滑模控制器,本文设计的控制器不仅能使系统状态以更快的速度到达平衡点,且不需要在线对执行器故障信息进行检测和分离。基于Lyapunov方法证明本文设计的控制器能保证闭环系统稳定,且能有效地抑制外部干扰、控制受限和执行器故障等约束。最后对提出的控制算法进行了数值仿真,其结果表明了该控制器的有效性。     

基于能量模型的三维穿透裂纹扩展研究

利用能量释放率与应力强度因子的关系,给出了裂纹尖端的有效能量释放率;裂纹稳定扩展时有效能量释放率恰好等于裂纹扩展阻力,利用裂纹尖端前沿各点的有效能量释放率相等关系,提出了一种基于能量模型的三维穿透裂纹扩展形貌计算方法,可以计算不同厚度试样的三维穿透裂纹扩展形貌,并通过不同厚度单侧裂纹板的有限元仿真计算和试验进行了验证.仿真与试验结果表明:利用基于能量模型的三维穿透裂纹扩展形貌计算方法可以确定三维结构的裂纹扩展形貌;随着单侧裂纹板厚度的增加,裂纹尖端“隧道效应”消失,裂纹扩展形貌转变为“马鞍”形;试样自由面处的裂纹扩展速率要小于中面处的裂纹扩展速率.      

1 种航空发动机增广模型的建立方法

精确完整的发动机线性模型对于现代航空发动机控制系统的设计与故障诊断至关重要。提出了1种用差分进化算法提取包含发动机主要特征量及其执行机构状态变量的增广发动机状态变量模型的方法,其状态变量包括发动机转速、执行机构位移、速度、控制压力等特征,并包含了执行机构的输入饱和限制,与实际系统相一致。仿真结果表明:利用该方法建立的增广发动机状态变量模型与非线性模型动态响应过程吻合良好且稳定终值一致,可用于具有工程应用价值的控制器设计及包含执行机构的发动机故障诊断。     

频域最小二乘辨识方法的参数约束条件选取

近年来,频域最小二乘(LS)辨识方法因其较小的计算量和较高的辨识精度,在模态分析尤其是飞机颤振模态分析中得到了广泛关注。在实际应用中为提高辨识精度,通常采用过拟合方法进行系统辨识,然而过高的模型阶次会引入多余的数学极点,导致稳态图中虚假模态的出现,进而影响真实模态的识别。为此,针对多输入多输出系统辨识问题,研究了两种典型参数约束条件对频域最小二乘辨识方法的不同影响,通过理论分析和数学推导解释了约束条件和虚假数学极点稳定性之间的关系。研究结果表明:适当选取约束条件有助于区分真实和虚假模态,是获得清晰稳态图的关键。最后,采用仿真算例和颤振实测数据验证了本文的结论。     

大规模设备协同中的时间建模与验证

针对大规模设备协同系统中时间属性复杂、时间约束验证困难的特点,给出了大规模设备协同中的时间属性建模方法.针对设备操作时间和状态维持时间2种时间属性,通过在操作上附加时间属性实现了对设备操作时间的建模,通过在连接符上附加时间区间属性,实现了对状态维持时间的建模.在此模型的基础上,给出了大规模设备协同中4种基本结构的时间计算方法,并通过结构等价,将基本结构等价为一个连接符,从而实现了一个设备协同模型中所有节点的时间计算;并给出了大规模设备协同中的时间约束验证规则.通过相关比较及实验分析,验证了该方法具有更高的准确度,计算偏差较低且稳定,能够满足大规模设备协同系统的性能要求.     

改进差分进化算法求解多成像卫星调度问题

针对多成像卫星联合调度规划建模难度大和求解复杂度高等问题,通过分析成像卫星的成像过程和工作原理,将成像卫星调度过程分为调度预处理、任务规划和调度优化3个阶段。在调度规划过程中,建立了多星联合调度约束满足最优化模型,采用启发式算法思想,定义了个体适应度评估函数,设计了任务冲突消解方法,提出了一种改进的差分进化算法。在此基础上,采用一些确定性规则对调度规划方案可行解进行了评估和二次优化。结果表明:提出的成像卫星调度问题求解方法能够有效地分配卫星资源,生成优化的调度方案。设计结果也能够为卫星系统最优化设计和效能评估提供必要的决策支持。     

卫星有效载荷的规划与调度

卫星有效载荷的规划与调度要求是指卫星根据自身资源情况合理安排各个载荷的工作状态，在满足各种资源约束的条件下实现资源的优化配置。有效载荷的规划与调度可以归结为典型的资源受限的规划与调度问题。本文以对地观测卫星的有效载荷系统为例，分析了卫星的资源特点和载荷的工作特性，在此基础上提出了一种有效载荷规划与调度的方法。仿真实例表明了算法的可行性。     

最差性能最优的稳健宽带Capon波束形成算法

针对常规Capon波束形成易受期望信号导向矢量失配的影响,提出了一种基于广义特征值分解的稳健宽带Capon波束形成算法。算法利用空间响应偏差约束实现宽带频率不变波束形成,同时增加期望信号导向矢量的不确定集约束,改善了算法对导向矢量偏差的稳健性,推导出自适应权矢量的两类近似闭式解。仿真结果表明,与现有的稳健宽带波束形成算法相比,算法在改善波束频响一致性的同时,提高了阵列输出信干噪比,对期望信号导向矢量的误差具有很好的稳健性。     

改进的广义特征空间波束形成算法

常规的线性约束最小方差波束形成器在系统存在指向误差时性能会急剧下降。广义特征空间波束形成算法将线性约束法和特征空间法相结合,获得了较好的稳健性。但是这种方法只能在一定的指向误差范围内保持性能稳定,当指向误差较大而使期望信号落在预定波束主瓣边缘时,其性能将严重恶化。对广义特征空间波束形成算法进行改进,提出一种对较大指向误差也具有稳健性的波束形成方法,方法利用矢量旋转法对预定导向矢量进行校正,用校正后的导向矢量替换原算法中的预定导向矢量,以获得权向量。计算机仿真证实了方法的有效性。