基于非线性逆变换的控制选择器设计

提出一种非线性逆变换控制选择器的设计方法,并成功地应用于先进短距起飞／垂直着陆（ＡＳ－ＴＯＶＬ）技术的战斗机控制系统。该方法基于非线性逆变换原理,对飞机进行多气幼舵面和多推力矢量舵面的融合控制,合理地分配飞机上的力和力矩,克服了传统设计方法的不足,使设计简单化。最后通过ＡＳＴＯＶＬ飞机减速过渡的仿真计算与分析,证明了所设计的控制选择器,能够使飞机在低速飞行包线内具有良好的飞行品质。     

基于去相干敏感因子的多基线PolInSAR植被高度反演方法

极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)技术通过建立相关质量评价指标筛选最优干涉几何,从而实现多基线植被高度反演。但目前使用的相干性特性、测高精度等质量指标并未关联与干涉几何直接相关的垂直波数,容易降低干涉几何选取的稳健性。本文提出一种基于去相干敏感因子的多基线PolInSAR植被高度反演方法,利用敏感因子描述干涉几何与植被高度的匹配程度,从多个单基线固定消光方法中确定最佳植被高度反演结果。使用欧洲航天局AfriSAR 2016项目的P波段合成孔径雷达(SAR)数据进行实验验证。实验结果表明:以激光雷达(Light Detection and Ranging, LiDAR)获取的植被高度作为参考,本文多基线反演算法的均方根误差为6.19 m,比其他两种传统方法精度分别提高了约14.14%和13.55%。     

不可压缩湍流的色散模型

分析了广泛存在于湍流运动中的能量逆转现象,揭示了其产生的原因,提出了湍流的色散性质.在此基础上,修改了Boussinesq假设,建立了包含色散效应的新的雷诺应力封闭式和湍流色散系数,给出与不同模型相结合时,湍流色散系数所具有的不同形式,并阐述了湍流运动中能量的传递方向及条件.采用不可压缩平板边界层流动和平面后台阶流动验证了其可信性和优越性.平板摩擦阻力系数及边界层速度型与实验结果吻合良好,平面后台阶流动的流向再附长度、台阶边压力系数及湍流强度等参数均比标准k-ε模型更接近实验结果.结果表明:色散项的加入可以在不显著增加计算量的同时显著改善预测精度,模型具有一定的工程应用价值.      

基于离散伴随的流场反演在湍流模拟中的应用

精确模拟湍流流动是学术界和工业界均普遍关注的问题。采用数据驱动湍流建模的思路,建立了基于离散伴随方法的流场反演框架。通过为SA模型涡黏性输运方程的生成项乘以非均匀分布的系数,并利用有限的观测数据对该系数进行推断,实现对SA模型的修正。为了提高带有物理约束的离散伴随优化的效率,发展了约束增广的伴随方法,其高效性在本文得到了验证。选取了结冰翼型和周期山2个分离算例进行分析,所得结果在2个算例中均能以很高的精度拟合观测数据,并能借助湍流模型的修正将有限的观测信息泛化到整个流场。分析表明,流场反演所推断出的修正区域具有较为明确的物理意义,能够指导湍流模型的进一步改进。     

空间绳系机器人捕获目标后的面内自适应回收方法

在空间绳系机器人(TSR)捕获目标星后,操作机构与目标星形成质量、惯量和系绳连接点位置等参数未知的组合体,且系绳长度、偏角与组合体姿态严重耦合,控制输入严格受限,回收控制十分困难。针对其回收难题,综合考虑系绳长度、系绳偏角与组合体姿态,利用拉格朗日法建立了轨道面内的动力学模型,并基于动态逆理论设计了一种自适应抗饱和回收控制方法。首先,在对组合体质量、惯量与系绳连接点进行在线估计的基础上,设计一种自适应动态逆回收控制器;然后,设计辅助变量对控制输入进行补偿,解决控制输入受限问题;最后进行仿真验证。仿真结果表明,在线估计器能够快速有效地估计组合体动力学参数,回收控制系统能够利用受限的控制输入克服抓捕时刻的系绳偏角和组合体姿态扰动,并沿设计的回收轨迹实现稳定有效回收。     

基于BP神经网络的GNSS-R海面风速反演

针对GNSS-R进行海面风速反演过程中时频域相关物理量较多,数据耦合性强等问题,提出了基于反向传播（BP）神经网络反演海面风速的方法。建立反演过程中相关观测量与风速的对应关系,选取多观测量作为输入,对输入数据进行处理,设置神经元与激励函数,使用BP神经网络自适应调整拟合参数,将风速作为神经网络输出端的特征量提取。反演结果,风速≤ 20 m/s时,反演均方根误差RMSE=1.21 m/s,风速>20 m/s时反演均方根误差RMSE=2.54 m/s,反演结果优于使用时延相关曲线前沿斜率（LES）和时延多普勒相关功率均值（DDMA）方法得到的反演结果,且迭代次数较少,复杂度较低,证明该方法可以应用于GNSS-R海面风速反演。     

姿控式直接侧向力与气动力复合控制策略设计

针对自旋导弹直接侧向力与气动力复合控制问题,提出一种分阶段复合控制策略,该策略充分考虑了直接侧向力离散控制和空气舵连续控制的特点,将弹体迎角和侧滑角响应过程分为上升段和保持段以实现快速精确跟踪。上升段考虑固体脉冲发动机的快响应特性,利用整数线性规划(ILP)得到了需要开启的脉冲发动机数量,产生直接侧向力控制导弹快速建立迎角和侧滑角。保持段则基于动态逆控制和自抗扰控制技术,通过空气舵控制迎角和侧滑角稳定在期望值,以克服侧向喷流干扰效应和大迎角飞行带来的非线性耦合的影响。仿真结果表明,依靠直接侧向力与气动力的分时串联作用,可以有效地抑制复合系统的外扰和模型不确定性的影响,显著加快拦截导弹的过载响应速度。     

基于神经网络的精确末制导律研究

针对动能杀伤武器重量极小化问题，基于神经网络技术、动态逆补偿法和非线性优化法，研究了两种精确末制导律，一种采用FFBP神经网络学习一要制导方程动态逆实现精神制导，另一种采用FFBP神经网络学习非线性优化解实现精确制导，仿真分析表明，前者对目标加速度估计误差过于敏感，无法实现；而后者在目标加速度有误差时仍能实现精确制导，估于偏置比例导引，并可以使动能杀伤武器重量极小化。     

基于角加速度估计的非线性增量动态逆控制及试飞

针对非线性增量动态逆（INDI）控制方法运用到飞行试验时需要进行状态量导数（角加速度）的实时估计并且存在延迟等问题进行了研究,并给出了工程应用上的实际解决方案。对试飞无人机（UAV）平台进行了动力学建模,利用非线性增量动态逆控制方法和控制器分层设计方法设计了无人机姿态控制系统。采用卡尔曼滤波器设计了角加速度估计器为控制律提供角加速度实时反馈。通过基于模型的控制系统设计方法将控制律实现,并进行实际试飞试验。结果表明：该控制方法工程上可实现,具备良好的鲁棒性和指令跟踪能力。     

温度对小型柔性接头力矩特性的影响

为了研究柔性接头在固定压强下力矩特性随温度的变化,设计了弹性材料为硅橡胶的小型柔性接头,测试了一系列0.1MPa容压条件下柔性接头在正弦激励下的动态特性,获得了不同温度时接头的摆角力矩曲线。根据接头在摆角为0°时的力矩获得摩擦力矩,根据摆角力矩曲线的近线性部分获得弹性比力矩,在此基础上研究了温度对各个力矩的影响。结果表明:作动力矩随温度的升高而减小,但温度对作动力矩的大小影响很小,库伦摩擦力矩随温度的升高而增加,弹性比力矩和总比力矩因发生热弹逆变现象随温度的升高先减小后增加,动态弹性模量和损耗系数随温度的升高而降低,能量损耗受动态弹性模量和损耗系数变化影响随温度的升高而降低.