航班化航天运输系统中的控制问题

航班化航天运输是航天运输系统未来发展的重要方向。聚焦中国航天强国发展目标以及航班化运输系统发展需求，首先从系统组成、发展路线、面临的环境变化、任务特点等维度分析了航班化航天运输系统面临的挑战，进而提出航班化航天运输需要智能赋能、信息驱动，在此基础上从运营体系、控制架构、理论基础等方面总结了航班化航天运输需要解决的控制问题，并对未来发展做出了展望。     

基于模态缩聚的限位状态驱动机构非线性动力学分析

含限位的驱动机构具有刚度非线性特征，在正弦振动力学试验中，不同试验量级加速度激励下其主频位置、响应放大倍数等动力学特性均会发生变化，需要开展动力学响应分析提前预示非线性影响，指导产品抗力学环境设计。基于模态缩聚理论，发展了一套针对限位非线性问题的正弦振动响应快速分析方法，可适用于各类复杂驱动机构类产品，避免了大规模有限元模型的非线性计算。算例分析表明:该方法可有效预示不同振动输入量级下限位非线性对产品响应特性的影响，反映出典型的非线性频响突变现象，且计算效率高，可为产品力学特性仿真和力学试验的开展提供有力支持。     

基于Pro/E的参数化驱动固体发动机模装设计

为实现参数化驱动的固体火箭发动机结构设计、零件装配及其与平行层燃面退移的一体化集成，以Pro/E族表技术为核心，利用WinForm框架和XML等技术，提出了实现固体火箭发动机结构参数化模装设计和整机自动化装配的技术途径，实现了发动机各零部件三维模型的参数化驱动及发动机整机的自动化装配，实现了复杂三维药柱退移过程中的拓扑结构变化。该研究开发完成固体火箭发动机结构参数化模装设计软件系统，系统中包含29个发动机零件，通过灵活设定结构参数，可自动化构建多达720种不同结构形式的发动机结构实体模型，实现平行层燃面退移，得到发动机工作过程中的动态结构质量特性，同时计算出发动机的内弹道性能，并且具有可扩展性。该技术能够为进一步研究固体火箭发动机的设计、仿真、优化的一体化系统奠定基础。     

基于自适应预测校正的月球软着陆制导控制方法

应用自适应预测制导方法，研究月球软着陆过程中的制导控制问题。作为一种具有逻辑结构的构造性方法，本文概述了自适应预测制导方法的实现步骤。针对月球软着陆过程中制导控制量少于被控制量这一“欠驱动”问题，在已有的基于一阶特征模型的全系数自适应预测校正方法的基础上，将输入输出相等的系统拓展为输入少于输出的“欠驱动”系统，以满足对位置、速度矢量同时进行制导控制的需要。本文针对初始状态误差、推力偏差、质量偏差以及比冲偏差下的软着陆过程，进行了Monte Carlo仿真分析，结果表明，自适应预测制导方法可有效用于月球软着陆过程的制导控制，且具有较高的精度和较强的鲁棒性。     

一种基于自动分区的海量科学数据计算框架

在科学研究领域, 存储容量、处理效率和分析精度并不能适应科学数据的指数级增长速度。通过对科学数据结构与标准的研究, 提出了一个海量科学数据计算框架BSDF。提出了一种基于模型驱动的统一数据接口, 实现对异构科学数据的无差别访问；提出了一种基于元数据的自动分区算法, 通过参数预取与超平面维度计算确定任务颗粒度。实验结果表明:与H5Spark科学数据计算框架的基于9项基准测试的性能相比, BSDF计算框架提升了39%~68%；在特定领域PKTM的算法优化上, BSDF达到了41.62倍的加速比。      

基于零电压注入的航空电驱动用永磁电机系统零低速无位置传感器控制

针对航空电驱动系统零低速域高性能无位置传感器控制算法的需求，本文提出了一种基于零电压注入的无位置传感器控制策略。首先，针对传统高频注入法的高频噪声问题，引入随机高频信号代替传统信号，在估计的d轴中激励出与位置相关的响应电流。随后，对传统信号及随机高频信号的噪声产生与抑制机理进行理论分析；进一步分析死区效应对位置观测的影响，在随机高频信号注入基础上，额外注入零电压矢量，并设计死区补偿策略以抑制由死区效应所引起的位置观测误差。最后，通过MATLAB/Simulink验证了所提出无位置传感器控制策略的有效性。本文所提出的算法可实现零低速域的低噪声低谐波无位置传感器控制，对航空电驱动系统控制策略的设计具有参考价值。     

基于SMO和RLS的航空电推进永磁电机驱动系统

针对大功率航空电推进驱动系统高可靠性和轻量化特性的需求，本文提出了一种基于滑模观测器（SMO）和递推最小二乘法（RLS）的多模式无位置传感器控制策略。首先通过SMO对扩展反电动势进行观测，并对转速估算值进行多模式处理，实现了快速、准确地提取出电机的转子位置角及转速等信息；再由RLS对永磁体磁链等参数进行辨识，依据辨识结果对控制器中的相关控制参数进行整定，并对观测器参数进行更新，提高了系统的鲁棒性。本文对300kW的永磁同步电机电推进驱动系统进行了实例仿真，验证了所提方案的有效性。本文所提出的方案可以实现可靠的无位置传感器驱动控制，具有快速的动态性能和较高的鲁棒性，为相关航空电推进驱动系统控制方案的设计和研究提供了参考。     

一种分裂形式CPR格式在欠解析流动中的稳定性研究

基于重构的修正过程（correction procedure via reconstruction, CPR）方法是一种适用于非结构网格、紧致高效的高阶方法，但在离散非线性对流项时容易因为混淆误差的累积而出现数值不稳定。本文研究了基于LG (Legendre-Gauss)点分裂形式的CPR方法在欠解析流动中的稳定性，并将其与子单元限制技术结合，求解含激波的欠解析流动问题。结果表明：经过边界通量修正的LG点分裂形式CPR格式能够满足离散守恒律，且与子单元限制相结合后守恒律依然成立；在无激波的欠解析流动问题中，相比于散度形式CPR格式，分裂形式明显提高了计算的稳定性，而且比使用LGL(Legendre-Gauss-Lobatto)点的分裂形式CPR格式具有更小的数值误差；在含激波的欠解析流动求解中，相比基于LGL点的间断伽辽金谱元法子单元限制策略，基于LG点的分裂形式CPR格式子单元限制策略具有更高的分辨率和更小的振荡。     

一种鲁棒的数据驱动不确定性量化方法及在压气机叶栅中的应用

发展了一种基于预处理矩阵的数据驱动不确定性量化算法，以解决实际工程中面临的实测数据稀缺及分布形式复杂的不确定性量化问题。通过鲁棒性分析、正交基函数的重构、非线性测试函数验证了所发展方法的有效性和精度。基于实测的叶片前缘半径和来流攻角随机波动数据，以某高亚声速压气机叶栅为研究对象，采用自主发展的不确定性量化方法定量评估了不确定性因素对叶栅气动性能的影响。结果表明：在设计攻角和大攻角下叶栅真实的总压损失系数高于名义值的概率分别为83.6%和69.9%；大攻角工况下叶栅总压损失的分散度约是设计工况下的2.4倍；前缘半径耦合来流攻角的不确定性引起前缘绕流发生较大波动，是导致叶栅总体性能退化及性能分散的主要原因。     

齿轮故障识别的密度峰值聚类欠定盲源分离算法

为提高盲源分离算法在振动源数目估计问题中的噪声鲁棒性，提出了一种基于密度峰值聚类的欠定盲源分离算法。对预处理后的信号提取单源点，通过密度峰值聚类对单源点进行聚类得到混合矩阵的估计值。通过基于压缩感知模型对源信号进行重构，得到分离信号。为验证所提算法分离准确性和噪声鲁棒性，用所提算法对不同信噪比下的仿真信号进行分离，结果显示：在信噪比不低于4 dB时，所提算法均可以准确分离出源信号，算法的准确性和鲁棒性得到验证。设计旋转部件故障诊断试验台对所提算法在实际应用中的有效性进行验证，对实测复合故障振动信号进行分离，试验结果表明该算法成功分离出观测信号中的锥齿轮和行星齿轮单一故障特征，有助于工程中旋转部件故障诊断。