Design and Application of Discrete Sliding Mode Control with RBF Network-based Switching Law

This article proposes a novel approach combining exponential-reaching-law-based equivalent control law with radial basis function (RBF) network-based switching law to strengthen the sliding mode control (SMC) tracking capacity for systems with uncertainties and disturbances. First, SMC discrete equivalent control law is designed on the basis of the nominal model of the system and the adaptive exponential reaching law, and subsequently, stability of the algorithm is analyzed. Second, RBF network is used to form the switching law in a direct and online manner with sliding-mode-related inputs and by approximating evaluation function; and the method to adjust its parameters is devised. Finally, comparable experiments are carried out to verify the application of the proposed approach to an inner-axis driven by a direct current (DC) torque motor through extra-low speed servo for a high precision flight simulator, and the axis works under deteriorating conditions such as periodically fluctuating torques of motor, nonlinear friction, and time-varying model parameters. The results show that the combined SMC can effectively improve the servo performance, for instance, to a stable 0.000 08 (°)/s speed response, the tracking error would be within 0.000 08° in 98% of operating times. Moreover, the hybrid nature of the approach imparts the RBF network the features of removing offline training and ease to set initial parameters.     

二相混合式步进电动机传递函数模型推导

文章针对二相混合式步进电动机非线性模型不适合应用于工程研究的特点,推导了二相混合式步进电动机伺服控制系统传递函数模型,并通过仿真验证了模型的准确性。     

限带白噪声随机过程的雨流幅值概率密度函数模型

对17种不同带宽系数的限带白噪声随机过程进行了雨流循环计数统计,提出了一个限带白噪声随机过程的雨流幅值概率密度函数(Probability density function, PDF)模型。该模型是Rayleigh分布和Weibull分布的线性组合,其中待定系数均为随机过程谱参数的函数。采用该模型对这17种随机过程的雨流幅值概率密度函数进行了公式拟合,探究了模型中待定参数与随机过程谱参数之间的关系,确定了模型表达式。对照随机过程的雨流计数统计结果,将该模型与Dirlik模型的预测精度进行了比较,结果表明该模型的预测效果优于Dirlik模型。     

脑机接口等新兴科技对传统外科重建肢体功能的启示

肢体瘫痪是人类致残的最主要原因,仅脑卒中等造成的偏瘫在我国就达两千余万患者,长期“无医可治”。中国原创的左右颈七神经交叉移位,将瘫痪上肢神经换接到同侧健康大脑,不仅偏瘫肢体功能显著恢复,更进一步更新发展了传统脑科学理论。然而对于脊髓损伤后肢体瘫痪或严重肢体残缺患者来说仅依靠医学方法尚不能有效治疗。近年来,围绕传统脑电技术发展而来的脑机接口等新兴技术衍生出的交叉学科逐渐兴起,拥有能够解决医学遗留难题的潜能,在国内外掀起一番热潮。作为国家战略需求,研究者应当抓住机会,加大力度支持跨领域、多学科融合,共同研发肢体功能重建新方案,实现新兴科技与中国原创技术融合的再次突破。     

S波自旋单态底夸克偶素衰变到粲夸克对

对S波自旋单态底夸克偶素衰变到粲夸克对进行了研究,同时还研究了S波自旋单态和自旋三重态底夸克偶素衰变到D介子对。利用BaBar实验组测量得到的自旋三重态底夸克偶素衰变到D介子分支比的数据,发现自旋三重态底夸克偶素的色八重态矩阵元远小于理论预言,理论预言要比实验上限大20倍以上;得到S波自旋单态底夸克偶素衰变到粲夸克对的分支比的理论预言,可以进行实验测量从而研究色八重态矩阵元;得到S波自旋单态底夸克偶素衰变到D介子对的分支比的理论预言,与其他理论预言差异较大。这些预言可以通过BelleⅡ的实验进行验证,从而得到更多强子化的信息。      

基于自适应代理模型的结构动力可靠度分析方法

结构动力可靠度分析对于衡量结构的安全状态和工作性能具有重要的指导意义。采用一种同时考虑 动态激励载荷和材料力学性能参数随机性的动力可靠度计算高效方法,通过建立不确定性材料力学性能参数 与条件动力可靠度之间的 Kriging代理模型,推导动力可靠度的解析表达式;提出一个新的学习函数来构建自 适应的 Kriging代理过程,通过复合材料飞行器蒙皮骨架结构在随机振动载荷和随机材料力学性能参数共同作 用下的动力可靠度分析对所提方法的准确性与高效性进行验证。结果表明:所提方法不仅能够避免使用代理 模型对动力可靠度求解时由于使用数值积分所引入的误差,同时能够使用尽可能少的计算成本获得准确的动 力可靠度结果。     

高温声表面波器件Pt电极的制备研究*

针对高温声表面波(SAW)器件中的Pt电极制备需求,采用电感耦合等离子体干法刻蚀工艺实现Pt电极的干法刻蚀。通过采用纯Ar气源,研究不同ICP功率/RF功率下Pt电极的刻蚀,采用优化的刻蚀参数实现SAW中Pt叉指电极的制备。针对Pt溅射刻蚀中出现的再沉积问题,分析沉积物对电极制备的影响,通过后处理实现沉积物的去除,实现高温SAW器件的制备。     

快速交叉验证改进的运载火箭近似建模方法

针对运载火箭智能化设计对近似模型计算效率及精度提出的更高要求,提出快速交叉验证改进的径向基函数(RBF)近似建模方法。RBF是非线性多峰耗时模型近似建模的重要方法之一,其基函数形状参数的合理确定可大幅提升RBF近似模型预测精度。针对现有RBF形状参数确定中待求变量多和计算复杂等问题,提出基于样本局部密度的形状参数表征方法。将多个形状参数的复杂域优化问题转化为缩放系数确定的单变量优化问题,实现形状参数优化与训练样本数量解耦。提出通用快速K-折交叉验证算法合理确定缩放系数,推导出通用交叉验证误差求解过程中高阶矩阵快速求逆和交叉验证误差快速求解公式,将径向基函数形状参数确定的计算复杂度从n³降低为(n/k)³,提升了径向基函数近似建模效率和精度。采用数值算例和工程算例进行校验,结果表明本文方法具有较好的预测精度和通用性,在飞行器设计领域有一定的工程应用价值。     

面向全疆域设计需求的某涡轴发动机核心机转子减重优化

为满足某涡轴发动机平原、高原、高寒以及海洋环境下的全疆域设计需求,综合采用尺寸优化和拓扑优化对核心机转子盘体形状进行了减重优化。首先提出了一种基于本征正交分解的径向基神经网络代理模型构造方法,通过在关键区域补充采样,在样本总数相当的前提下,提高了寻优效率,缩短了优化所需的时间。利用该方法对核心机转子盘体尺寸进行优化,优化后结构重量减轻,应力分布和强度储备更趋合理。然后采用变密度法对涡轮盘螺栓孔附近区域进行拓扑优化,得到一种带凸耳形状的螺栓孔创新构型,解决了由于优化后盘体减薄而导致的螺栓孔应力上升过多的问题。结果表明：在转子强度、寿命满足规范要求的前提下,优化后的核心机转子减重15%,满足了全疆域设计需求对转子重量的要求。     

提升民用飞机水废水系统运营经济性技术研究

基于现代民机绿色环保设计理念和对经济性的追求,减重是飞机设计中重点考虑因素,关于降低民用飞机水废水系统运营载重、提高运营经济性研究,国内外尚未发布公开文献。本文基于对航线用水统计数据研究,形成航线运营所需水量计算技术;基于我国航线飞行时长分布特点,提出基于航线实际运营时间和载客人数为需求、为系统设定分档加水设计技术。结果表明：与同类机型数据对比,本文的水量计算技术是有效的;分档加水设计技术能够有效地降低系统在航线运营过程中的运营重量,可以提升民用飞机水废水系统的运营经济性。