带柔性伸杆小卫星振动控制的半物理仿真实验

在空间探测任务中,为了避免卫星平台剩磁对空间待测信息的干扰影响,需采用轻质的伸杆机构支撑各类探测载荷远离卫星本体,而伸杆的弹性振动不可避免地会耦合作用到卫星本体,从而降低卫星本体的姿态控制精度和稳定度。针对此问题,提出了一种基于伸杆最优指令整形结合本体自适应扰动抑制滤波器的复合振动控制策略,即采用指令整形技术抑制柔性伸杆的弹性振动,同时设计自适应扰动抑制滤波器进一步抵消柔性伸杆残余振动对本体的干扰影响,最后在搭建的半物理仿真实验平台上对控制方法进行了实验验证。结果表明：此方法在有效抑制柔性伸杆残余振动的基础上,通过干扰抵消和抑制的控制策略可显著提高此类航天器的姿态控制精度和稳定度。     

改进型负输入成形主动振动控制

针对柔性结构的主动振动控制问题,提出了一种改进型负输入成形方法。该方法设计成形器的脉冲序列包含多个正负依次交替的脉冲,通过所选择的脉冲数目和系统振动频率与阻尼比构成封闭形式解来直接确定成形器。与正输入成形方法相比可以改善系统的上升时间,而与传统的负输入成形方法相比不需要对时间约束条件进行优化。改进型负输入成形器所包含的脉冲个数可以自由选择,具有设计简单、灵活的优点。将其通过柔性机械臂进行仿真验证,结果表明：所提出的方法有效且可以快速实现振动抑制。     

基于特征模型的力矩受限卫星三轴姿态控制

针对控制力矩受限的卫星大角度姿态机动控制问题,设计了一种基于特征模型的低增益反馈控制器.根据原对象动力学模型建立二阶时变差分方程形式的特征模型,通过推导得到了特征模型参数范围。给出了低增益饱和控制方法,并设计低增益反馈控制器,解决了控制输入饱和所带来的性能下降甚至系统不稳定的问题.通过使用特征建模有效地解决了常规控制方法难以使用于一些复杂对象控制的问题.控制受限卫星大角度姿态机动仿真验证了所提出控制方法的有效性.     

一种多级助推段弹道导弹跟踪算法

针对多级助推段弹道导弹存在多个加速度突变点、机动性强导致跟踪难度大的问题,提出一种基于量测转换的强跟踪输入估计（STMIE）弹道导弹跟踪算法。在对多级助推段弹道导弹动力学特性分析的基础上,推导出雷达站东北上（ENU）坐标系下弹道导弹的运动方程,并通过将修正的无偏量测转换（MUCM）与STMIE算法融合,使得在导弹跟踪中应用STMIE算法成为可能。以典型的多级助推段弹道导弹为跟踪目标进行仿真校验,结果表明,本文算法对多级助推段弹道导弹目标跟踪性能优越,且算法复杂度较低,效费比高。     

适用于航天领域的高效叠加式升压变换器

叠加式升压变换器（SBC）的部分功率不通过开关电路,而通过叠加支路直接供给负载,因此可实现较高的效率,适用于航天场合。为了避免输入输出电流断续,采用的变压器为双边磁化的隔离脉冲单元,它与电感、输出滤波电容以及叠加支路共同组成SBC变换器。根据电感位置的不同,分别提出了SBC-Ⅰ、SBC-Ⅱ和SBC-Ⅲ的基本结构与生成规则。基于生成规则推衍出9种SBC变换器,并从电流特性、输入输出电压关系、主电路传递函数、变压器的磁偏问题以及效率的角度对这9种变换器进行分析比较。最后选择一种性能最优的变换器,通过600 W的实验样机验证理论分析结果。     

Formation flight of fixed-wing UAV swarms: A group-based hierarchical approach

This paper investigates a formation control problem of fixed-wing Unmanned Aerial Vehicle (UAV) swarms. A group-based hierarchical architecture is established among the UAVs, which decomposes all the UAVs into several distinct and non-overlapping groups. In each group, the UAVs form hierarchies with one UAV selected as the group leader. All group leaders execute coordinated path following to cooperatively handle the mission process among different groups, and the remaining followers track their direct leaders to achieve the inner-group coordination. More specifically, for a group leader, a virtual target moving along its desired path is assigned for the UAV, and an updating law is proposed to coordinate all the group leaders’ virtual targets; for a follower UAV, the distributed leader-following formation control law is proposed to make the follower’s heading angle coincide with its direct leader, while keeping the desired relative position with respect to its direct leader. The proposed control law guarantees the globally asymptotic stability of the whole closed-loop swarm system under the control input constraints of fixed-wing UAVs. Theoretical proofs and numerical simulations are provided, which corroborate the effectiveness of the proposed method.     

Aeroelastic prediction and analysis for a transonic fan rotor with the “hot” blade shape

This paper focuses on aeroelastic prediction and analysis for a transonic fan rotor with only its “hot” (running) blade shape available, which is often the case in practical engineering such as in the design stage. Based on an in-house and well-validated CFD solver and a hybrid structural finite element modeling/modal approach, three main aspects are considered with special emphasis on dealing with the “hot” blade shape. First, static aeroelastic analysis is presented for shape transformation between “cold” (manufacturing) and “hot” blades, and influence of the dynamic variation of “hot” shape on evaluated aerodynamic performance is investigated. Second, implementation of the energy method for flutter prediction is given and both a regularly used fixed “hot” shape and a variable “hot” shape are considered. Through comparison, influence of the dynamic variation of “hot” shape on evaluated aeroelastic stability is also investigated. Third, another common way to predict flutter, time-domain method, is used for the same concerned case, from which the predicted flutter characteristics are compared with those from the energy method. A well-publicized axial-flow transonic fan rotor, Rotor 67, is selected as a typical example, and the corresponding numerical results and discussions are presented in detail.     

基于未知输入观测器的非线性动态系统故障估计

针对一类受扰非线性动态系统的执行器故障估计问题,提出一种未知输入观测器来实现故障估计。首先,通过坐标变换将原系统转化为合适的形式;其次,采用线性矩阵不等式与Lyapunov泛函分别设计H_∞输出反馈控制器和未知输入观测器,在此基础上实现对系统中执行器故障的渐近估计;最后,通过机械臂系统仿真分析并验证了所提方法的有效性。与已有方法相比,所提方法不要求故障可导,也不要求故障或干扰上界已知,因此易于在工程实际中实现对非线性系统执行器故障的估计。     

多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响

为进一步提高无人机(UAV)遥测链路传输容量,分析了无人机多输入多输出(UAV-MIMO)天线间隔、阵列等结构参数对信道容量的影响。建立了无人机MIMO基于散射体三维几何分布的单跳同心椭圆(GBSBCERS)信道模型,结合机载MIMO天线布局方案,给出了无人机MIMO信道矩阵及遍历容量的表达式。数值仿真表明,受无人机远距离通信的影响,信道容量与天线间隔呈正比变化;且相比于线阵布局,圆阵布局虽然受到无人机姿态变化的影响,但仍具有较高的信道容量。通过分析多天线结构对无人机MIMO信道容量的影响,对设计实现高速无人机数据链具有实际意义。     

输入延迟未知的二阶对象的黄金分割控制

研究输入延迟未知对象特征模型的控制问题.采用闭环系统直接求根方法,结果表明:最小方差控制对未知输入延迟不具有鲁棒性,原型黄金分割控制能应对较小的未知输入延迟变化,λ型黄金分割控制能应对较大的未知输入延迟的变化.针对稳定、临界稳定、不稳定以及双积分特征模型,在未知的输入延迟条件下,进一步研究了原型和λ型黄金分割控制器对未知输入延迟的稳定性和性能鲁棒性.对稳定的被控对象,λ型黄金分割控制器,可应对很大的未知输入延迟,且闭环性能基本不变;对非稳定对象的特征模型,λ型黄金分割控制器,可提高应对未知输入延迟的稳定能力,通过优选λ,可优化闭环性能.