多维虚拟振动试验系统设计及应用

虚拟振动试验能在产品设计阶段对其进行结构动力学分析和振动环境预评估,缩短产品研制周期,节省研制费用.本文完成了振动台机电耦合建模、刚体建模、试件有限元建模和闭环控制系统设计,建立了三维虚拟振动试验系统,开展了一维和三维正弦扫描虚拟振动试验技术研究.仿真结果表明：振动台机电耦合模型的频率特性与实际振动台的试验数据吻合;激振方向会对试件的加速度响应产生显著影响;与一维振动试验结果相比,多维虚拟振动试验不仅能明显提高故障激发效率,而且可以激发试件的高阶局部模态,使其高频段内的最大动应力曲线出现多个较高峰值且幅值增幅明显.     

速度型虚拟夹具辅助空间遥操作技术研究

 天地间通讯存在大时延是影响空间遥操作性能的主要问题。传统虚拟夹具应用于空间遥操作中,已获得一定的操作性能提升,但不具备动态的预测能力,对于克服时延带来的操作错觉等能力的提升有很大限制。本文提出一种速度型虚拟夹具作用于操作末端,利用操作末端的速度信息,实时改变虚拟夹具的形状,对操作末端在3 s时延后的运动进行动态预测。利用方向包围盒(OBB)方法进行图形碰撞检测,能在3 s内检测到即将到来的碰撞,按照一定规则产生相应的阻力反馈给操作者,以克服时延引起的误操作,提高遥操作性能。经过多组目标平台的近距离停靠实验,验证了该方法的有效性。     

基于轨迹方法的AFDX网络路由配置算法

针对航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)的网络关键技术——虚拟链路(VL,Virtual Link)的静态路由算法,提出了一种基于AFDX轨迹方法的VL路由配置算法——TRJ算法,保证配置VL的端端确定性最大延迟满足给定的时延约束.TRJ算法计算每条VL基于轨迹方法得到的初始延时约束比,按照延时约束比从小到大的顺序结合轨迹方法进行VL静态路由配置.在AFDX网络典型配置下,将该路由算法与最小跳路由和均衡路由算法进行比较,结果表明最小跳路由算法用了最少的资源,均衡路由算法平衡了网络流量,但只有该算法保证了所有VL的端端最大延迟满足时延约束,证明该算法的有效性.     

人体变形中局部坐标系旋转失真问题

分析了人体变形中选取3个基轴构建坐标系所存在的缺陷,提出了一种位置-四元数的方法,解决了曲线骨架驱动的旋转失真现象.采用四元数球面线形插值和B样条四元数插值的方法构建人体变形中曲线骨架的局部坐标系,采用位置-四元数-缩放的方式代替传统的转化矩阵,通过人体表面顶点在该坐标系下的绑定,实现人体皮肤、肌肉的变形.试验结果显示:该方法有效地消除了局部坐标系的旋转失真现象,适用限制少,易于实现.     

基于B/S结构虚拟仪器系统设计与实现

在网络技术高速发展的基础上,针对频谱分析仪的共享操作以及远程操作等问题,提出基于B/S（浏览器/服务器）结构的网络虚拟仪器系统的解决方案。系统通过仪器控制软件完成对多种接口频谱仪的监视与控制,并通过服务端软件以页面形式实现系统与用户的交互。该系统可以部署在局域网或者互联网上,用户可以通过浏览器实现对频谱分析仪的访问与操作。根据方案开发的实验系统,通过测试已经具备了设计的功能需求,实现了频谱仪的网络共享和远程操作,为用户提供了一种方便、容易的仪器操作方式,具有一定实际应用价值。     

基于虚拟样机的多星分离仿真分析

在一箭多星发射任务中,卫星分离仿真分析较为复杂,分离后卫星的运动状态受多因素共同影响,包括弹簧弹力、爆炸螺栓冲击力、电连接器拔脱力、航天器质量特性、初始运动参数等,采用传统数值计算的方法难以求解。虚拟样机技术能够有效解决上述问题,通过虚拟样机技术完成卫星分离仿真分析,通过人为设置偏差及干扰,模拟偏差及故障模式下卫星分离过程,评估碰撞等危险发生的可能性。结果表明,系统偏差对分离结果的影响量可通过仿真来评估,在风险较大情况下需要采取弹簧筛选等措施;另外,电分离插头机械拔脱力作用时间短,造成的干扰一般情况下不会影响分离安全。     

窄条翼导弹俯仰机动中滚转失稳及其控制过程

窄条翼布局导弹通常具有复杂的横向气动特性,在大迎角飞行及快速机动中很容易诱发出现滚转非指令偏离和连续振荡,可能导致飞行失控,影响落点精度。为了研究窄条翼导弹俯仰快速机动对滚转失稳的诱发过程及滚转失稳对俯仰机动控制效果的影响,并验证三通道解耦控制方法的有效性,针对典型俯仰机动过程,分别利用2.4 m跨声速风洞虚拟飞行试验平台和耦合气动/运动/控制的一体化数值计算方法开展了相关研究。结果表明,风洞试验和数值模拟均成功预测了俯仰拉起和保持过程中的滚转自激失稳运动及其引起的纵、横向耦合运动,针对该机动过程,三通道解耦控制方法能够有效抑制滚转运动,保持姿态稳定。     

基于重叠因子优化的超流体陀螺量程扩展设计

针对热驱动型双弱连接超流体陀螺的幅值-角速度单值求解区间因工作曲线呈周期性而制约超流体陀螺量程的突出问题,提出了一种基于重叠因子优化的超流体陀螺量程扩展方法。首先在明晰陀螺量程受限机理的基础上,设计了幅值锁定量程扩展方案。其次分析了热相位与温升延时的关系,引入重叠因子的概念,提出了一种基于重叠因子的遗传优化方法来实现幅值锁定参数优化:通过间接编码三角形隶属函数左半宽度,在避免出现相邻隶属函数无重叠或重叠太多的前提下,对模糊线性隶属函数进行遗传优化,寻找幅值锁定系统最优参数。通过与传统比例（P）控制下幅值锁定的仿真对比表明,该方法能够使超流体陀螺的薄膜幅值快速且稳定地锁定在期望值,在保证测量精度的同时提高了陀螺系统的量程范围。      

采用ISAR技术的MIMO雷达极坐标格式成像算法研究

对MIMO雷达的系统结构和它采用ISAR技术时的信号模型进行分析,以二次降维方式详细讨论了回波信号在波数域的分布特点,得出两条针对成像应用的MIMO雷达阵列设计准则。在此基础上,提出一种可有效聚焦的极坐标格式算法,经过对MIMO雷达回波数据逐次渐进降维重排,将其从四维转换到二维,然后通过距离向和方位向两次一维插值,把以极坐标格式记录的回波数据变换为直角坐标下均匀分布的数据。针对推导过程中因平面波假设引入的误差进行了分析,得到算法的适用条件。最后仿真验证了本文算法的有效性。     

Evaluation Model of Design for Operation and Architecture of Hierarchical Virtual Simulation for Flight Vehicle Design

In order to take requirements for commercial operations or military missions into better consideration in new flight vehicle design, a tri-hierarchical task classification model of "design for operation" is proposed, which takes basic man-object interaction task, complex collaborative operation and large-scale joint operation into account. The corresponding general architecture of evaluation criteria is also depicted. Then a virtual simulation-based approach to implement the evaluations at three hierarchy levels is mainly analyzed with a detailed example, which validates the feasibility and effectiveness of evaluation architecture. Finally, extending the virtual simulation architecture from design to operation training is discussed.