高超声速飞行器控制一体化设计

针对高超声速飞行器模型具有气动/推进/控制强耦合和强非线性的特点,提出了一套面向控制的一体化设计方案.在概念设计阶段,以飞行器控制性能为优化目标,对气动、推进、结构、控制等参数进行一体化综合优选来设计飞行器.考虑模型生成的保真度要求和计算效率,建立高超声速飞行器参数化的数学模型,并设计LQR(linear quadratic regulator)跟踪控制器.通过不断调整飞行器构型,比较控制相关的动静态特性和控制效果,面向控制需求选择新的飞行器构型,并进行了仿真验证.仿真结果表明:控制一体化设计方法应用于高超声速飞行器概念设计初期可以扩大飞行包线,有效增大失速裕度,减小油耗,提高操纵面效能,降低发动机壅塞制约,对高超声速飞行器的设计效率和控制性能的提高起到了指导性的作用.      

基于FPGA的数字电路故障诊断系统设计实现

针对航空电子设备数字电路备件板在维护检测中存在效率低、风险高等问题,在分析故障诊断原理的基础上,提出了一种基于FPGA(现场可编程门阵列)技术的数字电路故障检测和诊断系统。该系统能将测试矢量同时加载于标准电路板和被测电路板,实时判断、计算被测电路板和标准电路板对应输出信号的时序关系,在线检测被测电路板是否达到性能指标。结果表明:系统集成于单片FPGA芯片,实现了SOC(片上系统)设计,为航空电子设备的数字电路板提供了高效、可靠、便捷的测试及维修平台。     

轮盘低循环疲劳试验器自动控制系统的开发

利用高速旋转试验设备进行轮盘低循环疲劳试验是开展轮盘疲劳寿命及损伤容限性能研究的有效手段。为确保此类试验器能够长时间稳定运行,开发了1套可靠的、无人值守的自动控制系统,以触摸屏为人机接口（HMI）完成试验参数的设置,以可编程逻辑控制器（PLC）为主站控制设备启停及转速循环,监测系统采用工控机（IPC）完成数据显示和保存,并采用第3方控件实现IPC和PLC的串口通信。测试结果表明：该控制系统稳定性高、可靠性好,完全满足设计要求     

ARINC429总线接口设计与实现

ARINC429总线在航空电子系统领域被广泛的应用。本文分析了ARINC429总线的工作原理,根据其数据格式、接口电平要求,给出了由FPGA设计实现ARINC429总线的基本原理,并通过VHDL语言编程,实现了ARINC429总线协议部分,实现了接收和发送功能。采用FPGA器件设计集成ARINC429总线协议的通信芯片,可以有效地提高数据通信模块的处理能力和集成度。通过实际与通用型ARINC429总线芯片的通讯,验证了方案的正确性。     

基于DSP的固态功率控制器的设计

以提高某型飞机配电系统可靠性及灵活性为目的,设计了一种以DSP为控制内核,以μC/OS-Ⅱ实时嵌入式操作系统为软件平台的固态功率控制器。硬件选择上,系统主控制单元采用TI公司的DSP芯片TMS320F2808;功率开关芯片选用具有自保护功能的BTS724G,以期提高系统可靠性和降低功耗;采用ACS756电流传感器替代传统采样电阻。软件实现上,给出了详细的软件设计思路和系统程序设计。系统调试表明,设计的基于DSP的固态功率控制器很好地满足了负载通断要求,开关准确度和灵敏度比较高。     

具有神经网络自适应补偿的位置伺服系统的PID控制

本文提出一种具有神经网络自适应补偿的、位置伺服系统的、ＰＩＤ控制结构模式。在该系统中，控制器由两部分构成：一部分是常规的ＰＩＤ算法；第二部分是由前馈神经网络构成的自适应补偿器。数字仿真试验和实际测试的结果表明：本文提出的方法对存在系统参数不易准确确定及飞线性因素不易定量描述的位置伺服系统的控制问题，显示出了较好的效果。系统输出精度高，响应速度快并具有相当强的鲁棒性和客错性。     

一种实时图象处理系统

本文介绍的实时图象处理系统，主要采用高速数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｃ３０（ＤＳＰ）和准双口存储器ＶＲＡＭ。具有较好地实时性和通用性，可用于图象跟踪和图象分析。为提高系统可靠性，减小系统体积，用一片大规模可编程逻辑器件ＥＰＬＤ（ＰＭ５１２８）来实现Ｃ３０和ＶＲＡＭ的接口，并完成图象的采集及ＶＲＡＭ的动态刷新。     

基于FPGA 的步进电机细分控制研究

为了解决所选步进电机固有步距角过大而无法满足系统高精度微位移控制要求的问题,以细分控制原理为理论依据,设计了1种基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array , FPGA）的单极性细分驱动电路。该电路具有绕组断线检测功能,可在电机转速为2 rad/s的前提下实现16或者更高程度的细分控制。在电路的调试过程中,针对绕组互感问题进行了研究,在很大程度上降低了绕组互感对细分控制精度的影响。试验结果表明：所设计的基于FPGA的细分驱动电路控制精度满足使用要求。     

PID控制器与CFD的耦合模拟技术研究及应用

飞行控制系统（FCS）与计算流体力学（CFD）的耦合求解是一个崭新的研究领域。传统的飞行控制系统的工程仿真方法依靠气动力模型或气动力数据库得到不同飞行姿态的气动力;而当前方法通过耦合求解Navier-Stokes方程和刚体动力学方程（RBD）以获取飞行器运动过程实时流场和非定常气动力。由于充分反映了气动力的非定常、非线性效应,因而从根本上保证了飞行控制系统仿真的精度。以方形截面导弹俯仰姿态控制为例,首先给出了系统的传递函数,并基于系统在单位阶跃舵偏操纵下的开环响应特性,提出了传递函数的修正方法,进而设计了该外形俯仰姿态控制的PID控制器。数值模拟了不同控制参数时,P控制器、PD控制器和PID控制器的控制效果。针对不同的控制指令,根据建立的控制律,数值模拟了飞行器在PID控制器作用下的实时响应过程,最终成功实现了对飞行器的俯仰姿态控制。研究发现,当飞行器作慢速机动时,工程仿真与CFD数值计算的结果吻合很好,两种方法可以互相验证;但快速机动时,两种方法给出的结果差异明显,基于CFD的耦合模拟方法由于模拟了飞行器运动和舵面偏转导致的非定常流动过程,其结果比基于静态气动力的工程方法的可靠性更高。在大攻角和快速机动等非定常效应较强时,采用CFD方法评估和验证飞行控制系统是很有必要的。     

高超声速飞行器非线性控制研究

针对高超声速飞行器非线性控制研究问题,介绍了在控制器设计中的特点及难点;阐述了在现有文献中关 于高超声速飞行器非线性控制相关研究工作,并分别从变结构控制方法、鲁棒自适应控制方法、结合智能控制方法 以及观测器在控制器设计中的应用等方面进行了分析;最后,结合高超声速飞行器自身特点,指出了高超声速飞行 器非线性控制领域的研究热点和发展趋势。