空间机器人抓捕目标后的载荷分配

针对多臂空间机器人以软指接触形式抓捕目标后的情形,提出了一种综合考虑摩擦约束及机械臂能力约束的目标期望合外力的载荷分配方法。首先,建立空间机器人系统与目标的动力学方程,作为载荷分配问题的基础。然后,在地面机器人相关研究的基础上,建立机械臂末端与目标表面的软指接触模型,并建立二者之间的运动约束关系。为简化优化计算,将摩擦锥约束线性化,并建立考虑关节扭矩限制的机械臂能力约束,从而将抓捕力优化的非线性规划问题转化为线性规划问题。最后,采用双臂空间机器人模型进行数值仿真,表明所提方法针对目标各种形式运动进行载荷分配的有效性。     

改进粒子滤波算法及其在GPS/SINS组合导航中的应用

针对标准粒子滤波中存在的粒子退化问题,将无味卡尔曼滤波方法、线性规划方法与标准粒子滤波相结合,得到一种改进粒子滤波算法。改进粒子滤波算法中的重要性概率密度通过 UKF算法获得,从而使粒子使用效率得到提升;二次采样过程中加入线性规划方法,保证了粒子的多样性。将改进粒子滤波算法应用于 GPS/SINS组合导航,建立了 GPS/SINS组合导航模型,通过仿真验证了该滤波算法的有效性,使用该算法可使惯性组合导航系统导航精度得到提高。     

平面扩压叶栅最佳弯叶片生成线与叶栅折转角的关系

用优化的方法研究了扩压叶栅最佳弯叶片生成线与叶栅折转角之间的关系,在8个不同叶栅折转角下优化弯叶片生成线的弯角和弯高.积叠线是由两段贝塞尔曲线和一段直线组成,在这种积叠线形式下,相同弯角下弯叶片损失随弯高增大不断减小,弯叶片的最佳弯高为0.5.在相同的叶栅折转角下弯叶片损失随弯角增大先减小后增大,存在最佳弯角使弯叶片总损失最小.随着叶栅折转角增大,弯叶片收益增大.最佳弯角随着叶栅折转角的增加有增大的趋势.在给定计算条件下,最佳弯角与叶栅折转角之间呈类似线性变化规律.      

基于回归分析的飞轮泄漏预测模型构建研究

为解决飞轮在交付前其壳体存在微漏这一难题,选取飞轮转速和跑合时间的相关关系作为回归分析对象,探索一种飞轮密封泄漏预测模型的构建方法,并针对该模型进行方差分析、统计检验和相关分析,以保证模型精确度和工程实用性.利用本模型构建方法,可以针对不同规格飞轮或者飞轮其他性能参数构建预测模型,确保交付后飞轮的密封可靠性.     

一种极低载噪比高动态信号跟踪的线性预测器设计

针对深空通信高动态低载噪比微弱信号跟踪精度低、稳态均方性能差的问题,提出了一种高动态低载噪比信号跟踪的分级异构凸组合线性预测器算法,该算法将归一化最小均方算法(NLMS)和最小二乘算法(RLS)进行分级异构凸组合,给出了算法的结构、跟踪精度联合优化设计方案和最优参数选择的方法。在载噪比(CNR)为10~30dB-Hz、载波多普勒频移为-300~300kHz、多普勒频率变化率为-800~1200Hz/s、码速率为20bps条件下对分级异构凸组合线性预测器跟踪性能及跟踪精度指标(归一化均方根误差)进行了仿真。理论分析和仿真结果表明,该线性预测器与分级同构凸组合线性预测器相比,算法运算量减少、信号跟踪精度提高、收敛速度加快。因此,该新型结构线性预测有着良好的应用前景。     

Instability characteristics of a co-rotating wingtip vortex pair based on bi-global linear stability analysis

The Stereo Particle Image Velocimetry (SPIV) technology is applied to measure the wingtip vortices generated by the up-down symmetrical split winglet. Then, the temporal bi-global Linear Stability Analysis (bi-global LSA) is performed on this nearly equal-strength co-rotating vortex pair, which is composed of an upper vortex (vortex-u) and a down vortex (vortex-d). The results show that the instability eigenvalue spectrum illustrated by (ω_r, ω_i) contains two types of branches: discrete branch and continuous branch. The discrete branch contains the primary branches of vortex-u and vortex-d, the secondary branch of vortex-d and coupled branch, of which all of the eigenvalues are located in the unstable half-plane of ω_i > 0, indicating that the wingtip vortex pair is temporally unstable. By contrast, the eigenvalues of the continuous branch are concentrated on the half-plane of ω_i < 0 and the perturbation modes correspond to the freestream perturbation. In the primary branches of vortex-u and vortex-d, Mode P_u and Mode P_d are the primary perturbation modes, which exhibit the structures enclosed with azimuthal wavenumber m and radial wavenumber n, respectively. Besides, the results of stability curves for vortex-u and vortex-d demonstrate that the instability growth rates of vortex-u are larger than those of vortex-d, and the perturbation energy of Mode P_u is also larger than that of Mode P_d. Moreover, the perturbation energy of Mode P_u is up to 0.02650 and accounts for 33.56% percent in the corresponding branch, thereby indicating that the instability development of wingtip vortex is dominated by Mode P_u. By further investigating the topological structures of Mode P_u and Mode P_d with streamwise wavenumbers, the most unstable perturbation mode with a large azimuthal wavenumber of m = 5–6 is identified, which imposes on the entire core region of vortex-u. This large azimuthal wavenumber perturbation mode can suggest the potential physical-based flow control strategy by manipulating it.     

一类月面钻进采样机构的鲁棒控制

在月面复杂环境下采样机构模型会发生摄动,并会受到系统扰动影响,采样控制器的鲁棒性对顺利完成采样任务具有重要意义.针对回转与进尺复合式月面自动钻进采样机构建立名义控制模型,分析月面工作过程中的模型摄动、系统扰动下的控制系统模型,利用线性矩阵不等式方法进行状态反馈鲁棒控制律设计.仿真结果表明:在有界模型摄动、有界随机系统扰动情况下,系统具有鲁棒性,并对扰动具有抑制能力.     

超声振动载荷下S06钢的长寿命疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对新型沉淀硬化马氏体不锈钢S06钢在106~109周次范围的疲劳性能进行测定,结果表明:S06钢在循环周次大于107周次的范围仍然发生疲劳断裂,在106~109之间,应力寿命曲线持续下降,不存在疲劳极限,用107周次的条件疲劳极限来对S06钢长寿命构件进行无限寿命设计是不安全的.用载荷类型相同并且试样尺寸相近的高频疲劳试验方法对S06钢104~107周次的疲劳性能进行测定,将数据与超声疲劳试验结果进行对比发现:超声疲劳试验方法获得的S06钢的疲劳强度更高.用两种加载频率下106~107周次左右的试验数据拟合得到中值应力寿命曲线,根据应力寿命关系式中的疲劳强度系数的比值来对超声疲劳试验数据进行修正.在考虑了裂纹萌生机制和进行了频率影响修正的情况下,用线性异方差回归方法将超声疲劳试验数据拟合得到S06钢的长寿命P-S-N曲线,为长寿命构件的疲劳设计提供了基础.     

基于高阶奇异值分解的LPV鲁棒控制器设计

针对高超声速飞行器线性变参数（LPV）模型建模中准确度与复杂度之间的矛盾性,提出了一种基于网格化张量及高阶奇异值分解（HOSVD）的凸多胞LPV模型建模及控制方法。首先基于雅可比线性化给出了大包线网格化模型的张量描述形式,然后提出了一种基于HOSVD的多胞LPV模型生成算法,将网格化模型表述为有限个线性时不变（LTI）顶点及权重函数的组合,并基于舍弃的奇异值给出了建模误差的指标,最后结合某航天飞机再入段六自由度非线性模型进行了大包线鲁棒LPV控制器设计与仿真验证,结果表明该方法可获得计算复杂度低且保证建模精度的LPV模型,设计的鲁棒变增益控制器能够使系统快速跟踪姿态角指令信号,并能够保证系统的稳定性和鲁棒性。      

考虑系统不确定性的高超声速飞行器容错控制

针对一类含有执行器失效故障和范数有界不确定性的系统,提出了一种鲁棒容错跟踪控制设计方法。该方法利用有界实引理,给出了保证闭环系统稳定且满足鲁棒性能要求的线性矩阵不等式（LMI）的表达式;为了削弱控制器的保守性,使用不同的Lyapunov变量对应不同的系统状态;由此带来的非凸优化问题,发展了一种迭代线性矩阵不等式算法。考虑到该迭代算法的收敛性取决于初值的选择,经过推导给出了一种求解合适初值的算法。将该算法应用于高超声速飞行器X-33跟踪控制器的设计,仿真结果表明本文算法是可行和有效的。