基于模型的载人航天器研制方法研究与实践

载人航天器具有系统规模大、技术难度高、单件小批量、无法通过多次飞行持续完善设计、可靠性要求高等特点。当前载人航天器研制中仍存在着参数化和模型化程度不高、基于模型的系统综合仿真验证不足、研制各环节缺乏数字化集成等问题，传统基于文本的系统工程方法已无法满足研制需求，亟需采用基于模型的系统工程方法。本文针对载人航天器的研制现状和应用需求，提出了面向载人航天器全生命周期的模型体系，定义了需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等六类模型，提出了基于模型的研制流程，包含系统设计闭环验证、产品设计闭环验证、实做产品闭环验证3个验证环节，并深入探索了各研制环节中不同模型间的传递与关联关系。以某型号载人航天器为应用基础，系统地验证了提出的方法。     

航空发动机机载健康管理系统设计方法

为解决航空发动机机载健康管理系统正向设计流程不清晰、设计需求不明确、需求设计对应及追溯不规范的问题，在对 比国内外现有健康管理功能架构体系的基础上，结合正向设计中需求捕获、需求分析和功能分配，研究了由上到下的航空发动机 健康管理系统正向设计基本流程，开发了航空发动机健康管理正向设计流程平台，实现了机载功能架构的设计。引入基于模型的 系统工程思想，采用面向对象的工程设计思路，建立功能目标量化、功能描述、模块定义等图形化设计方法，验证了该设计方法在 硬件设计中的可用性。通过研究航空发动机机载健康管理系统设计方法并分析机载功能组成，建立了可扩展的流程平台，基于模 型设计方法建立了可用的硬件设计模型，可为航空发动机机载健康管理系统设计提供参考。     

商用航空发动机智能制造研究与探索

为了推进航空发动机智能制造,通过分析其本质和特点,研究国外航空发动机智能制造的实践与发展趋势,及中国商用航空发动机行业智能制造的现状与内、外部挑战。认为推进商用航空发动机智能制造的关键是构建产品、生产和业务 3 个维度高度集成的智能制造生态系统。针对商用航空发动机行业特点和技术、管理现状,提出构建基于模型的企业、实施基于模型的系统工程、推进大数据应用、建立智能制造标准体系,以及开展试点、示范项目建设等是推进商用航空发动机智能制造的重点。     

基于模型的航空发动机系统安全性研究

在分析概括传统系统安全性分析的基础上,提出了一种基于模型的航空发动机系统安全性评估流程和分析方法,其从航空发动机系统自身特点出发,统一安全性分析和发动机性能设计模型,实现安全性设计和性能设计之间的平衡交互,以保证安全性分析结果的一致性、完整性和客观性.经概括,该流程方法所需突破 的3个关键技术有:①失效模式的描述方法;②关键影响因素的分级和定位方法;③安全性分析验证方法.      

基于模型的故障诊断在飞机电源系统中的应用

传统故障诊断方法越来越难以应付更加复杂和智能化的现代飞机电源系统,基于模型诊断方法是为了克服传统诊断方法的缺点而兴起的一项新型的智能故障诊断技术。运用基于模型的故障诊断原理,建立飞机电源系统的定性仿真模型,对飞机电源系统负载故障进行模拟故障诊断,分析电源系统关键部件的故障对关键负载的影响,验证飞机电源系统的可靠性。     

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。     

事件触发控制在倒立摆系统中的仿真与实验

从理论、仿真、实验3个角度考虑了事件触发控制对于一级直线倒立摆系统的控制效果,进而说明事件触发控制的可行性与实用性。首先,借助线性矩阵不等式给出了事件条件参数的设计方法,并对触发时间间隔下界进行了估计。其次,通过Simulink仿真说明了在无量化效应时理论结果的有效性。最后,通过实验研究了量化效应的影响,发现其对于基于模型控制器的负面作用。实验结果表明,对于实际倒立摆系统,混合型事件条件及零阶保持控制器更加适用,它们可以在保证系统稳定性的前提下有效降低信息的通信频率。上述结果体现了事件触发控制的潜在实用价值。      

基于模型的飞机复杂功能分析方法研究

当前飞机总体设计面临功能复杂,系统交联紧密的问题。针对复杂功能离散事件多、动态性强、耦合度高、建模表述困难的特点,提出一种基于模型与数据定义相结合的分析方法,进行飞机复杂功能解耦设计。该方法通过功能逻辑模型和数据建模,实现对相关系统的架构设计,完成逻辑接口向物理接口的迭代映射,最大限度保证复杂功能的相关系统接口清晰、模块划分合理,有效的提高了系统设计和验证的效率。     

基于未知输入观测器的涡扇发动机直接推力控制

针对某型涡扇发动机,进行直接推力控制回路设计方法研究.基于未知输入观测器(UIO)原理建立了涡扇发动机机载模型和推力估计器,UIO通过解耦外界干扰实现了全飞行包线推力的准确估计;提出了直接推力闭环反馈控制的双回路结构设计方案,内环转速控制,外环推力控制,有利于实现各回路控制参数的独立设计.仿真验证结果表明:基于UIO的模型基涡扇发动机直接推力控制具有良好的控制稳定性和抗干扰性能,对于发动机不同工作点直接推力控制,推力控制误差不超过0.1%,转速控制偏差不超过0.2%.      

基于二进制标签的改进HSSE—tree算法

随着对航天器自主生存能力要求的提高,基于模型的故障诊断成为国内外的研究热点.计算全体极小碰集是基于模型的故障诊断中的关键步骤,以HSSE-tree算法为基础,结合二进制位标记,提出一种HSSE-tree的高效改进算法——Binary-label HSSE.改进算法采用二进制位标记来代替实际节点元素,并采用了有效的剪枝策略及节点扩展方式,避免了HSSE-tree算法中存在的节点个数及超集个数随着问题规模增大而产生的爆炸式增长的问题;此外,改进算法采用二进制位运算,避免了判断碰集及判断是否超集时的元素遍历,使算法的运行时间进一步减少.仿真结果表明,与HSSE-tree算法相比,改进算法的消耗时间及占用内存均有了大规模减少.这为航天器系统的故障诊断及实时诊断提供了理论依据和应用基础.