宽速域变构型高超声速飞行器气动特性研究

为解决高超声速飞行器在低/跨/超声速时气动特性不佳的问题,实现水平起降、跨速域飞行的目标,设计了一种宽速域变构型高超声速飞行器。采用数值计算的方法对飞行器的低速、超声速和高超声速气动特性和典型流场进行了研究分析,得到了升力系数、阻力系数和升阻比随攻角和马赫数的变化规律。结果表明,飞行器在低速和高超声速时的气动特性较好,最大升阻比分别为15.37和4.08,低速时连接翼提供了高升力,高超声速时乘波效果显著;超声速时,阻力系数和升阻比受马赫数影响较大,最大升阻比为4.8。数值计算的结果表明飞行器在全速域范围内气动特性较好,在保证高超声速良好气动特性的前提下,提升了低/跨/超声速性能。     

仿生变构型飞行器智能控制技术:进展与展望

仿生变构型飞行器是一种为适应环境和任务的变化而具备动物外部构型变化能力的新型飞行器,变构型的动态飞行特征给控制系统设计带来了一系列挑战。飞行器仿生变构型的过程是一种飞行器“眼、耳、脑、体、翼”等多器官协调的智能行为,控制系统设计的主要目标是在“感知—决策—反馈—执行”全控制回路的框架下解决“为何变”“如何变”等智能行为的设计问题,赋予飞行器(特别是无人飞行器)在复杂干扰和不确定环境下强自主、强适应、强生存等智能能力。结合近年来智能控制和仿生技术的发展,从仿生智能的视角梳理变构型飞行器控制技术的研究现状和存在问题,指出仿生变构型飞行器设计需要完成从“方法论”“系统论”设计到“环境/任务/系统一体化”设计亦即“行为论”设计的跨越;进一步提出了机理与数据混合驱动建模、多维信息仿生感知、智能自适应变形决策、变形与飞行一体化控制、全回路安全控制等前沿科学问题,并给出了可能的解决思路。     

变均方根随机振动?变加速度离心复合试验

为在地面试验中更真实地模拟再入飞行过载、振动力学环境的时变特性和复合特性,以再入飞行器子系统为对象,开展变均方根随机振动?变加速度离心复合试验研究。设定试验条件时,对预示弹道过载数据进行平滑和重采样,得到变加速度离心试验条件;对实测振动数据频谱进行归一化和频谱加权融合,得到变均方根随机振动试验条件。复合试验结果表明,给出的试验条件控制可行,实现了再入飞行振动历程和过载历程的同时模拟。     

导弹直接侧向力与气动力复合控制设计与实现

针对带有姿控式直接侧向力/气动力复合控制系统导弹的控制律设计问题,建立了俯仰平面内姿态控制系统的数学模型,应用非线性系统理论对模型进行了分析,在此基础上建立了进行控制系统设计的简化模型。基于滑模变结构控制理论进行了复合控制律设计,并分别考虑气动力控制和直接侧向力控制的特点对所设计的控制律进行了实现。所设计的复合控制系统在进行快速攻角指令跟踪的同时,可以有效节省姿控发动机的使用数量。仿真结果说明了所提出方法的有效性。
     

基于改进PEA的日地L2平动点编队飞行高精度位置保持

针对日地L2平动点相对运动拟线性变参数(QLPV)动力学模型,提出一种改进的多项式特征结构配置(PEA)方法实现日地L2平动点编队飞行高精度相对位置保持.建立日地L2平动点编队飞行相对运动QLPV动力学模型,将基于线性时不变系统(LTI)的PEA方法进行改进,设计参数/状态变化的控制方法来获取闭环系统设计传递函数,与期望传递函数进行类似于线性系统的条件匹配,获得含时变参数和状态的多项式控制器,确保系统在参数和状态变化时能保持控制系统性能不变.在进行多输入多输出(MIMO)系统的算法设计时,将系统期望传递函数设为解耦形式,实现飞行器三轴位置间的解耦控制,以确保系统的控制精度.考虑到拟线性变参数系统与传统线性系统的不同,对拟线性变参数闭环系统的稳定性进行分析.最后进行了相应的数学仿真验证算法的可行性和有效性.     

导弹垂直发射转弯规律优化设计

防空导弹垂直发射转弯控制是一非线性最优控制问题。在优化设计垂直发射转弯规律时,粒子群算法存在易早熟而陷入停滞问题,而变尺度法对俯仰角规律初值敏感容易发散,且计算量大。利用粒子群算法无需手动设定初始值、速度快的特点,将其优化结果作为后者的初始值,然后利用变尺度法较强的局部搜索能力逼近最优解。采用这2种算法简单串联的方法优化得出的垂直发射转弯控制规律,经仿真验证可满足速度、攻角、过载等约束条件,俯仰角速度和攻角变化规律与工程经验一致。     

基于多波长激光吸收光谱技术的气体温度二维重建

激光吸收光谱技术在航空航天领域具有广泛的应用前景。文章利用多波长激光吸收光谱技术设计了气体温度二维重建系统,实现了燃烧场气体温度的二维重建,通过增加吸收谱线信息减少了投影个数。重建算法采用了遗传模拟退火结合序列二次规划(SQP)的混合算法,在实现全局寻优的同时提高了运算效率。建立了产物包含水的燃烧模型,利用8条水的近红外吸收谱线,对燃烧场温度进行了二维重建。通过在测量信息中添加不同比例的随机噪声,验证了算法的稳定性,并与双波长吸收法进行了对比。数值仿真实验结果表明,在低噪声环境下,两种方法的重建结果相当;但对于噪声较大的环境而言,多波长吸收法的重建效果更为稳定。     

圆弧预测变系数显式拦截中制导

为了满足临近空间机动目标拦截中制导预测和多约束要求,设计了一种基于圆弧预测的变系数显式拦截中制导方法。首先针对临近空间目标滑翔段飞行特性,提出了基于圆弧的几何目标预测方法,将目标机动轨迹近似为圆弧,通过多个间隔时刻的目标位置确定圆弧参数,依据圆弧预测轨迹估计剩余飞行时间,并以当前速度递推预测拦截点状态,进而推导了三维角约束显式制导律。在此基础上,通过在性能指标中构建动压权重函数,以飞行动压近似可用过载变化,设计了变系数显式制导律,实现了制导增益的自适应更新,从而可以使得需用过载在飞行全程中合理分配,满足可用过载约束。最后结合圆弧预测和变系数显式制导,实现了对机动目标的预测拦截。仿真结果表明所提方法具有较好的目标预测精度,而且可以满足终端交会角以及可用过载约束。     

用于离心式作动器的变滑模面滑模控制

作动器系统是组成直升机结构响应主动控制（ACSR）系统的重要子系统之一,为解决离心式作动器同时实现输出力幅值、相位和频率跟踪以及输出力跟踪误差问题,提出了一种基于滑模变结构控制的变滑模面控制（VSMSMC）方法。首先,根据离心式作动器原理建立了偏心块的输出力方程以及包含参数变化、外部扰动及线性摩擦等不确定因素的永磁同步电机（PMSM）动态方程;然后,通过对离心式作动器输出力控制原理进行分析,结合滑模控制理论的特点,将离心式作动器偏心块相位控制期望信号引入滑模控制的滑模面方程,设计了基于PMSM电流环的变滑模面滑模控制律,并利用李雅普诺夫函数证明了所设计的滑模控制律的可达性和稳定性。最后,在MATLAB/Simulink环境下将所设计控制律应用于离心式作动器输出力控制进行了仿真实验,与现有方法相比,所设计控制律能够较好地同时跟踪期望谐波力的幅值、相位和频率,提高了离心式作动器跟踪精度和离心作动器启动时的输出力跟踪响应速度并具有较好的抗干扰能力。     

基于新型滑模算法的永磁同步电机转速控制研究

针对永磁同步电机调速系统中PI控制器无法满足高精度控制要求的问题,提出了一种基于新型趋近律的滑模变结构控制方法。该趋近律在指数趋近律和幂次趋近律的基础上,加入了系统状态变量,有效地抑制滑模控制器在滑动阶段的抖振;等速趋近项与滑模面切换函数关联,保证其在s=0附近有效地稳定趋近,削弱抖振;指数趋近项与系统状态变量x1关联,提高趋近速度。采用李雅普诺夫函数对其进行稳定性分析。经过与PI速度控制器以及传统的滑模控制器进行仿真比较,分析了空载起动、突加负载和变速运动3种情况下的控制效果,结果表明:采用新型滑模控制器可实现快速稳定趋近,并具有稳定性高、抗负载扰动能力强的优点。