航天发射任务三维可视化实时仿真

根据航天发射任务的特点和任务三维可视化实时仿真需求,灵活运用多种设计模式设计实现了一个航天发射任务三维可视化仿真软件框架。该框架具有通用性强、可复用程度高、代码质量优的特点,可方便地实现各类航天发射任务的三维可视化实时仿真应用。     

数字图像相关方法在土木测试领域中的实验研究

针对传统接触式测试方法(如电测法等)在土木工程领域中的局限性,开展了数字图像相关(Digital image correlation,DIC)方法在该测试领域的应用研究.采用橡胶带的拉伸实验来验证DIC方法的测量精度,具体的实验测试内容包括:基于空域和频域相结合的混合相关法,开展了建筑膜材的双轴拉伸实验,测量了膜材的力学参数;基于仿射变换的相关迭代法,开展了钢管混凝土框架梁柱连接模型的转角测量与分析实验,测量了加强环式连接的弯矩转角关系;基于时间序列DIC和高速摄影成像技术,开展了自由振动状态下拉索模型的动力学参数识别的实验研究.实验结果验证了这一新型检测手段用于测试建筑材料及结构的力学性能的可靠性与精度.     

装备虚拟保障系统的概念及其技术框架

针对传统的装备保障系统仿真存在的不足,在理解保障系统的物理意义的基础上提出了虚拟保障系统的概念,分析了虚拟保障系统的特点和优点,提出了虚拟保障系统的技术框架,其主要包括保障对象建模、系统任务建模、保障系统建模、离散事件仿真和可视化仿真。在建模过程中考虑了实体的三维模型,包括保障对象和保障系统中的资源实体,构建了保障任务的虚拟设计环境。最后讨论了虚拟保障系统的运行与评价方法,可在装备的研制阶段和使用阶段为保障系统的设计、分析和评价提供技术手段。     

利用零运动避免SGCMG框架轴转速死区的方法

研究了应用SGCMG零运动避免框架轴转速死区的方法。利用奇异值分解的方法对SGCMG的零运动进行分析,提取正交的零空间基底与各个基底对应的坐标值。以SGCMG零运动尽量远离零为原则选取性能指标,令性能指标取极小,求解出零空间基底坐标方向的单位列阵。以每一个SGCMG的框架轴转速均大于死区转速为准则,给出了选取零空间基底坐标列阵模长的方法。设计SGCMG零空间基底坐标的调节策略,能使得SGCMG长时间运行在框架轴转速死区外。最后给出含有卫星姿态控制系统的仿真实例,校验了所设计零运动的有效性。     

使用SGCMGs航天器滑模姿态容错控制

基于滑模控制与自适应理论,对使用单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的刚性航天器的被动姿态容错控制问题进行了研究。首先建立了含有陀螺框架转速故障的系统数学模型。然后将框架转速直接作为控制量并应用滑模控制理论设计了容错控制器,同时控制器中还设计了自适应律对故障信息和干扰进行估计。由此,可在故障和干扰的先验信息未知的情况下,实现对航天器无故障和有故障情况下的姿态稳定控制,且具有较强的鲁棒性。最后,对2种构型单框架控制力矩陀螺群的不同故障模式进行数学仿真,验证了该控制方法的有效性和可行性。     

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配扰动抑制

针对双框架变速率控制力矩陀螺（DGVSCMG）两种工作模式下内、外框架系统存在的不匹配干扰抑制问题,提出一种基于扩张状态观测器与状态反馈的扰动抑制方法。在对飞轮工作模式和陀螺工作模式下内、外框架系统的干扰进行建模和分析的基础上,针对其不匹配干扰设计了扩张状态观测器,通过坐标变换减小框架系统扰动对不匹配通道的影响,并结合状态反馈控制设计了复合控制器,同时对全局系统稳定性进行了分析。对框架系统进行的仿真结果验证了所提复合控制方法的有效性。实验结果表明,所提出的控制方法能有效减小耦合力矩对内外框架角速率带来的影响,在飞轮模式下使得内外框架的角速率跳动量分别降低了85%和78%,且在陀螺模式下使外框架角速率跳动量降低了75%。     

高承载要求碳纤维内埋框架的设计及试验研究

对SAST 5000平台的碳纤维内埋框架及相应结构板设计和试验进行了研究。对内埋框架结构进行了拓扑优化并采用碳纤维材料,分析了优化的结构板模态和静力状态,并对整板进行了静力试验及探伤。结果表明:在方案阶段金属材料内埋框架贮箱安装板的基础上,通过对内埋框架结构形式的拓扑优化及碳纤维材料的使用,大幅减轻了贮箱安装板重量,仿真分析及摸底试验说明碳纤维内埋框架贮箱安装板力学性能满足卫星承载要求。     

单框架控制力矩陀螺的奇异分析及操纵律设计

通过对单框架控制力矩陀螺群（SGCMGs）的奇异问题的分析,设计了一种新的伪逆解与零运动向量相结合的操纵律来回避SGCMGs的内部奇异点。首先通过绘制金字塔构型SGCMGs奇异角动量曲面及典型角动量切面对应的奇异度量极值曲面,研究了其奇异的几何特性。然后以缩小期望力矩与各SGCMG角动量的夹角为目的,给出了一种新的零运动向量构造方法用于操纵律的设计。该方法在全局范围内考虑,并未参考当前奇异度量值,故能有效地避免奇异度量局部极值所对应的内部显奇异点。最后将其与现有的几种操纵律进行了数学仿真对比,验证了其有效性及优越性。     

基于分布／并行计算框架求解多学科设计优化问题

计算框架是多学科设计优化研究的重要问题之一。首先,针对一种基于代理模型的二级优化方法,提出三种不同的分布／并行策略,并对这三种策略的优缺点进行分析。然后,选择其中一种分布／并行策略,以构造代理模型的过程为例,阐述该策略的实现过程。最后,以一个飞翼布局飞行器多学科设计优化问题为算例,在iSIGHT-FD／FIPERACS平台上建立一个分布／并行的多学科设计优化计算框架。应用算例表明,建立的分布／并行计算框架可以明显缩短多学科设计优化问题的求解时间。     

一种多核实时图像处理模块设计与实现

实时图像处理能力是嵌入式系统中影响系统性能的核心因素.为充分挖掘多核DSP性能,从计算机系统结构的角度出发,开展对多核DSP实时图像处理体系结构的研究,设计了一种基于TMS320 C6678的实时图像处理模块.采用FPGA进行实时图像的采集和缓存,利用四线RapidIO高速接口完成FPGA与DSP之间的数据传输,并设计了四级图像缓冲流水处理结构,实现了图像采集、缓存、处理和发送的并行进行.设计了一套基于数据块共享的实时图像处理多核协同处理机制,可以充分利用C6678八个核的优势,实现对图像的实时处理.