高超声速飞行器自适应抗饱和再入控制

高超声速飞行器（Hypersonic vehicle,HSV）再入过程中易发生舵面饱和现象,并且其动力学模型具有强烈不确定的特征,这导致其姿态控制系统的设计极富挑战性。针对舵面受限的非线性控制问题,提出外部Anti windup系统结合二阶Terminal滑模控制律的设计方法,能够实现对气动舵面饱和的控制补偿,使HSV快速平稳地跟踪指令信号。其次,针对HSV的强不确定控制问题,提出自适应滑模干扰观测器（Adaptive sliding mode disturbance observer,ASMDO）的方法来对再入气动参数不确定及强外界干扰进行估计,此方法无需干扰界已知且学习参数少,适合实时控制。最后, 再入姿态控制的仿真结果表明了该控制方法的有效性和强鲁棒性。     

PWM变频器供电的感应电机传热特性

为了探究电动机在脉宽调(Pulse width modulation,PWM)变频器供电下的传热特性,近一步揭示变频参数（调制比）对电动机温升分 布的影响特征,以一台采用PWM变频器供电下55 kW驱动用感应电机为例,基于流体力学及传热学基本原理,结合电机通风结构特征,建立外部包裹有空气域的三维流热耦合求解域模型,并采用有限体积元法对电机内的温度场进行了数值研究。此外,针对PWM不同调制比控制条件下电动机全域内的传热特性进行了对比分析,结果表明：两个不同调制比控制条件下电机求解域 内各主要部件温升分布趋势大致相同;径向上,转子部分温升较高,在气隙位置温升出现阶跃式变化,定子部分温升较低;轴向上,电机各部分近风端温升较低,远风端温升较高;周向上,定子轭部温升呈波浪式变化。     

利用非等距灰色理论方法判定失效机理一致性

针对加速失效机理一致性判定中存在以下问题,基于数据处理和试验观察的方法需要加速试验数据和基于灰色理论的方法需要预试验数据等间距且预测精度不高,提出了一种基于非等距型灰色理论模型的失效机理一致性判定方法.该方法利用非等距的预试验数据,将非等距GM（1,1）模型和等维新息模型相结合,得出模型的残差,找出预试验数据的趋势改变点.通过对比试验,得出此方法的拟合精度和预测精度较高,进一步拓广了GM（1,1）模型在失效机理一致性判定上的应用范围.通过在光电编码器和加速度计中的应用案例,验证了该方法的有效性.     

基于GM(1,1)与灰区间估计的SPE通量水平长期预测

太阳质子事件（SPE,Solar Proton Events）是干扰日地空间最主要的源,大规模质子事件会影响在轨空间站实验设备的可靠性,有时甚至会威胁空间站的安全运行.提出一种基于灰色GM（1,1）和区间估计太阳质子事件预测方法;首先对1976—2010年SPE通量水平数据进行预处理,分别建立以发生时间为序列的一般SPE通量序列与极端SPE通量序列;之后将灰色GM（1,1）与区间估计相结合建立预测方法,融合反映一般SPE通量水平随周期性波动的活跃性调节系数,建立SPE通量水平长期预测模型;然后叠加不同SPE类型所得结果合成预测年份的SPE通量水平,给出未来一年或几年间SPE通量水平的变化范围;最后选取1976—2010年太阳质子事件年均值数据,分多批次预测1996—1998年和1999—2001年等SPE通量均值区间,结果表明各年实际发生SPE的通量均值均位于预测区间内,并且多年预测区间偏差最大值小于26%,实验结果还表明单次预测时长以2~3年为宜.     

基于Riccati方程解的高增益未知输入观测器设计

针对具有未知输入和测量噪声的一类Lipschitz非线性系统,研究了状态估计、噪声估计及未知输入重构问题.通过将输出噪声看作扩展状态,把原系统转化为描述系统.针对描述系统,首先基于Riccati方程的解,提出了一种高增益观测器设计方法,实现对系统状态的估计和测量噪声的重构;之后,设计二阶高增益滑模观测器精确估计输出的微分,并利用状态和输出微分的估计,提出了一种未知输入的重构方法.在一Riccati方程有解的前提下,所提出的未知输入和测量噪声的重构,均适用于强时变信号.最后,对一个实际模型仿真,验证所提出方法的有效性.      

基于半实物仿真的地磁导航等值线匹配算法评估

影响地磁导航匹配算法性能的因素很多,而现阶段算法的评估完全依靠计算机仿真,其可信性有待进一步验证.以等值线(ICCP)算法为研究对象,首先从理论上分析影响算法性能的因素;然后搭建了地磁匹配导航半实物仿真系统,通过引入磁场仿真环境和磁传感器,提高了仿真的可信度;最后从测量噪声、匹配长度、匹配区域和惯导误差4个方面对ICCP 匹配算法的性能进行半实物仿真试验分析.仿真结果表明,通过半实物仿真试验可以对算法的抗干扰性、算法匹配长度的确定、匹配区域的选择以及惯导误差的影响做出有效评估,从而推动地磁匹配导航及匹配算法的工程化进程.      

Prediction of shock-layer ultraviolet radiation for hypersonic vehicles in near space

A systemic and validated model was developed to predict ultraviolet spectra features from the shock layer of near-space hypersonic vehicles in the ‘‘solar blind" band region. Computational procedures were performed with 7-species thermal non-equilibrium fluid mechanics, finite rate chemistry, and radiation calculations. The thermal non-equilibrium flow field was calculated with a two-temperature model by the finite volume technique and verified against the bow-shock ultra-violet(BSUV) flight experiments. The absorption coefficient of the mixture gases was evaluated with a line-by-line method and validated through laboratory shock tube measurements. Using the line of sight(LOS) method, radiation was calculated from three BSUV flights at altitudes of 38,53.5 and 71 km. The investigation focused on the level and structure of ultraviolet spectra radiated from a NO band system in wavelengths of 200–400 nm. Results predicted by the current model show qualitative spatial agreement with the measured data. At a velocity of 3.5 km/s(about Mach11), the peak absolute intensity at an altitude of 38 km is two orders of magnitude higher than that at 53.5 km. Under the same flight conditions, the spectra structures have quite a similar distribution at different viewing angles. The present computational model performs well in the prediction of the ultraviolet spectra emitted from the shock layer and will contribute to the investigation and analysis of radiative features of hypersonic vehicles in near space.     

基于滑模反演控制的稳定平台齿隙非线性补偿

针对航空遥感惯性稳定平台中齿隙非线性带来的不稳定问题,结合反演控制和滑模控制的优点,在传统反演控制的每一步迭代过程引入与齿轮运动状态相关的基于连续饱和函数的动态滑模面,设计了相应的滑模反演控制器。在保证了系统误差快速收敛的同时,抑制了反演过程中的误差积累,实现了系统非线性误差精确补偿。仿真实验结果表明,与传统反演控制相比,滑模反演控制显著降低了齿隙非线性对系统动态性能的影响,有效提高了系统对期望角位置、角速度的跟踪性能。     

综合模块化航空电子系统远程加载技术研究及性能分析

随着飞机航空电子系统综合化程度的提高,软件的部署、加载和更新的复杂度也在逐步提高。传统软件更新后,需要在地面为每个模块进行升级,并将新版本的软件映像文件固化在模块上,这种更新周期长且流程复杂。随着通用模块和应用重构的发展,软件映像需要部署在系统的各个冗余备份节点中,从而使其更新的流程更为复杂。本文针对以上问题提出了基于光纤通道和 ARINC653操作系统的远程数据加载系统,以使系统在上电、重启及重构时可实现从大容量存储模块上远程加载操作系统内核映像、分区应用及自启动功能。在功能实现的基础上,本文对远程加载和本地加载的时间性能进行了分析和比较。     

小型无人机气动参数辨识的新型HGAPSO算法

针对小型无人机(UAVs)研制中操稳特性和飞行控制律设计评估对气动参数辨识的需求,提出了一种混合遗传粒子群优化算法(HGAPSO)。该算法以粒子群优化算法(PSO)为主体,在粒子优化路径中,引入遗传算法(GA)的交叉变异操作,增强粒子群跳出局部最优的能力;同时采用Kent映射改进粒子种群的初始化,使初始种群在可行解空间内分布更加均匀,增强全局优化能力。基于仿真结果,依据辨识准度及辨识成功率,对比了HGAPSO、常规PSO和GA优化算法气动参数辨识的结果,然后用蒙特卡洛仿真测试随机观测噪声的影响,结果表明该算法兼备PSO算法高的搜索效率和GA算法的全局优化能力,对随机观测噪声不敏感。最后,通过设计小型UAV试飞示例进行综合应用评价,结果表明:HGAPSO算法基于真实试飞数据进行气动参数辨识取得了满意结果,具有良好的实用性。