飞机结冰在线辨识方法研究

开展飞机结冰气动特性在线辨识研究,不仅可以用于分析结冰对飞机气动特性的影响,而且对于飞机结冰在线识别具有重要的意义。近年来卡尔曼滤波和 H ∞算法在飞机结冰在线辨识中应用较多,二者均具有可靠性高、收敛快等特点,但对于噪声环境下算法的可靠性和精度评估还不够充分。本文针对飞机结冰在线辨识需求,探讨了扩展卡尔曼滤波和 H ∞算法作为结冰在线辨识算法的应用。首先通过 NASA 双水獭结冰研究飞机算例,利用扩展卡尔曼滤波和 H ∞算法,辨识双水獭飞机结冰后的俯仰方向导数,通过考虑阵风扰动和测量噪声后的仿真数据快速估计该飞机俯仰方向上的三个稳定和控制导数,并将辨识结果与参考值对比,发现两种算法均能在2s 之内快速收敛到参考值附近,且滤波得到的状态量与仿真数据吻合较好,说明算法可靠性高且收敛快,具备飞机结冰在线探测的能力。在此基础上利用不同测量噪声统计特性的仿真数据,评估测量噪声对两种算法辨识精度的影响,经分析发现随着测量噪声标准差取值增大,扩展卡尔曼滤波辨识结果精度明显降低,而 H ∞算法的辨识精度变化较小,说明扩展卡尔曼滤波辨识精度依赖于噪声先验信息的准确性,而 H ∞算法不依赖于噪声先验信息,即使数据质量较差,H ∞算法也能得到精度相当的辨识结果。     

无先验信息的低轨空间目标航迹起始方法

针对光学观测中缺乏预报信息的低轨道空间目标自动识别捕获问题,提出一种基于修正Hough变换的空间目标航迹起始方法,从而实现空间目标的自动识别。首先利用背景恒星运动规律对观测数据进行预处理,剔除大部分背景恒星。再利用观测数据的时序信息、定向参数进行Hough变换。本方法并没有采用传统的Hough变换对所有参数空间中的数据点进行投票,而是仅对参数空间中部分点投票,可以大幅减少运算量和存储量。试验表明:该方法能够有效地抑制背景恒星产生的虚假航迹,并快速准确地完成无先验信息的低轨道空间目标的航迹起始;可以在光学观测中实现空间目标的自动识别捕获,以及实时发现新目标,这为低轨道空间目标光学观测的无人值守和联网观测奠定了技术基础。     

遗传寻优神经网络在平台温控系统建模中的应用

温度直接影响惯性仪表及惯性平台的使用精度,而高精度温控系统的设计依赖于准确的平台加温模型,针对平台系统中多种惯性仪表加温过程复杂度高,当前采用的阶跃响应辨识方法存在模型适应性差、精度不高等情况,且针对基于梯度下降的BP学习算法存在局部收敛的问题.采用基于遗传算法寻优的神经网络辨识的方法,对惯性仪表加温模型进行建模,试验验证通过遗传寻优后的BP神经网络学习算法,提高了网络的学习精度,进而提高了平台系统中惯性仪表加温过程数学模型的精度,模型适应性较高,为后续惯性仪表的加温控制方法的设计提供了必要的条件.     

基于TD-RLS算法的四旋翼飞行器系统参数辨识

在对飞行器气动参数进行辨识的过程中,常需要对获得的数据求微分或二次微分,而利用差分法求微分会放大噪声的影响,引入滤波器抑制噪声又会产生相位延迟.针对这一问题,提出了一种跟踪微分器-递推最小二乘(TD-RLS)辨识算法.首先,建立了悬停条件下四旋翼飞行器的系统模型;然后,基于实验室四旋翼平台飞行试验实测数据,将TD-RLS算法应用于飞行器参数辨识.最终的辨识结果表明,在四旋翼飞行器悬停或者小角度飞行条件下,该方法可以实时获得比较精确的系统模型.     

结构高频载荷识别的统计能量分析法

提出了结构高频载荷识别的统计能量分析法,给出了多子系统受激情况下,结构子系统输入功率识别的步骤和方法.对一个板壳组合结构系统的高频载荷识别分别进行了AutoSEA2仿真和实验研究.仿真与实验结果表明:采用所述方法,能很好地识别出单激励和多激励下结构子系统的输入功率.研究工作为工程结构的高频载荷识别提供了理论参考.      

考虑测量噪声的朗道自适应惯量辨识方法

传统朗道自适应惯量辨识方法只有一个自适应系数可以调节,难以同时兼顾辨识速度和辨识精度,导致速度自适应控制系统在测量噪声较大的情况下容易不稳定。为解决这一问题,提出了一种考虑测量噪声的朗道自适应惯量辨识方法。该方法采用相同的低通滤波器对速度和电磁转矩同时进行滤波,保证了辨识模型与无滤波时的相同。在此基础上综合调节自适应系数和滤波器时间常数,在保证辨识速度的前提下减小辨识系统的噪声,提高辨识精度,从而提高了速度自适应控制系统的稳定性。仿真和试验验证了所提方法的正确性和有效性。     

结合离线知识的时变结构模态参数在线辨识

飞行器的结构模态参数在线获取对其高效、可靠运行具有重要意义。传统时变结构模态参数辨识方法存在辨识虚假结果较多,抵抗测量数据中的极端异常值能力差等问题,难以有效应用于在线过程。建立一种基于长短时记忆网络的时变结构模态参数在线辨识网络模型,通过数据集构建过程离线地引入先验信息,同时结合模型自身特性,有效提升制约在线辨识应用的可靠性。实验结果表明：在不同时变规律下,与传统辨识方法相比,在线辨识模型能有效缓解虚假结果问题,同时保证辨识结果的连续性;采用α稳定分布模型对脉冲噪声进行建模,验证了其在测量数据包含由于偶发因素产生的极端异常值时在线辨识鲁棒性。     

鸭式旋翼/机翼飞机悬停状态飞行动力学特性

针对鸭式旋翼/机翼(Canard Rotor/Wing,CRW)飞机独特的气动布局,常规的分析方法及经验公式很难准确地对CRW飞机进行飞行动力学研究,通过飞行辨识对CRW飞机悬停状态特性进行了研究。首先,设计了飞行试验并获得了高质量的飞行数据,基于频率响应对CRW飞机的状态空间模型进行了简化。然后,在频域内对飞机的动力学参数进行了拟合优化,获得了CRW飞机悬停状态的动力学模型,并用飞行数据对所建模型进行了验证。最后,用辨识所得参数与常规直升机悬停状态时的参数进行了对比。结果显示悬停时CRW飞机的操纵导数和阻尼导数均比常规直升机小,经分析,操纵导数的减小主要是CRW飞机独特的旋翼设计所致,阻尼导数减小的原因主要是旋翼气动影响以及鸭翼、平尾、垂尾的结构影响。动力学特性分析结果为CRW飞机旋翼模式总体设计的进一步优化提供了指引和参考,所建立的模型可用于控制系统设计。     

基于H∞算法的飞机机翼结冰气动参数辨识

针对国内大型飞机结冰防护需求,开展针对大型结冰研究样机的H_∞算法参数辨识结冰探测研究。首先通过参数调节选取一组合适的H_∞算法参数,利用考虑测量噪声的结冰研究样机飞行仿真数据验证H_∞算法的辨识能力,由结果对比发现辨识算法能够跟踪飞机气动导数随结冰累积过程的变化趋势,辨识精度较高,其最大归一化平方根（RMS）误差仅为真值的11%;分析了H_∞算法对81种不同结冰累积过程的辨识能力,通过结果分析发现结冰累积时间较长且结冰速度较慢的情况辨识效果较差,结冰累积时间在100~300 s之间辨识精度较高;最后利用蒙特卡罗仿真分析了不同测量噪声大小对H_∞算法辨识精度和跟踪延时的影响,给出了3个纵向气动导数在随机误差影响下的辨识误差和跟踪延时的统计结果,发现在给定噪声标准差变化范围内,升力和俯仰力矩关于迎角的导数能够得到较为准确的辨识结果,二者的归一化平方根误差均值仅为各自真值的1.8%和4%,其预报延时均值最大仅为3 s和9.5 s。     

Onboard real time modeling of aircraft engines with Hammerstein-Wiener representation

An identification-based approach for aircraft engine modeling using the nonlinear HammersteinWiener representation was proposed.Hammerstein-Wiener modeling for both limited flight envelope and extended flight envelope was investigated.Simulation shows that the resulting model can be valid over 10%variation of rotational speed of the engine,compared with those linear models that are only valid over 3%—5%change of rotational speed.It is further demonstrated that the proposed method can be utilized over large envelope up to 20% variation of rotational speed of the engine.The fundamental idea is to use nonlinear models to extend the feasible/valid region rather than those linear models.This may consequently simplify the switching logic in the onboard digital control units.This is often overlooked in aircraft engine control community,but has been emphasized in the research.