基于双DSP的某飞行器飞行姿态控制系统的软件设计

为了使飞行器达到预定的飞行目标,需要对其飞行姿态进行控制,使飞行器能够尽可能地接近预定轨迹飞行.设计了一种由双DSP作为主控制器的飞行器飞行姿态控制系统的软件,主CPU根据预定的飞行姿态数据和GPS结合惯导的复合导航系统提供的飞行器实时姿态数据,完成姿态控制数据和飞行轨迹数据的计算,副CPU对舵机系统进行控制.控制系统采用双DSP将数据计算和控制飞行姿态分开,控制周期较单DSP缩短了约50%,提高了响应速度.经过样机调试,实现了双DSP控制系统对飞行器飞行姿态的控制.     

微型扑翼飞行器虚拟设计与飞行仿真系统开发

介绍微型扑翼飞行器虚拟设计与仿真系统的总体结构和各功能模块的实现。根据拟合的仿生公式进行微扑翼飞行器的仿生学初步设计,进而建立了飞行器的三维结构模型,并根据飞行器的结构与扑翼运动规律进行了运动仿真。由飞行器的几种典型任务确定飞行模式,在建立飞行器动力学模型的基础上进行飞行姿态控制。采用随机分形技术生成具有真实感的地形,由此讨论了飞行器虚拟飞行过程中的静态与动态模拟方法。     

无人倾转旋翼飞行器冗余操纵控制策略设计

根据所建立的无人倾转旋翼飞行器飞行动力学模型配平和小扰动线性化处理结果分析了不同飞行模式下的操纵效率,应用多目标非线性控制方法的目标优化函数性能指标得到了操纵效率矩阵系数,设计了一套实用的舵面驱动分配策略,实现了飞行器全模式飞行,解决了飞行控制随飞行模式变化所要求的操纵冗余问题．采用所提出的操纵分配策略可使飞行控制器统一设计,无需按不同飞行模式设计控制器,有效降低了飞行控制器的设计难度．给出了一个全模式飞行仿真样例,运用线性PID控制器实现了稳定飞行控制．利用倾转旋翼飞行器飞行动力学模型仿真验证了操纵分配策略的有效性．     

高超声速飞行器单周期飞行轨迹优化研究

高超声速飞行器的初始质量和起始角度的大小对飞行器的飞行轨迹有较大影响, 也影响飞行器的其 它参数设计。针对飞行器的飞行情况将飞行轨迹划分为6 个状态, 并建立3 个模型进行分析, 然后使用改进的粒子 群算法, 分别对初始质量、起始角度和水平位移的关系进行了测试, 并参照测试结果对飞行轨迹进行了整体优化研 究。最后通过算例进行了测试和分析, 验证了该方法的合理性和有效性。     

倾转旋翼机短距起飞单发失效着陆的轨迹优化

为进一步改善倾转旋翼机短距起飞单发失效后着陆轨迹优化的操纵策略,建立适用于倾转旋翼机单发失效后轨迹优化的增广飞行动力学模型并进行计算分析.首先,在基本纵向刚体模型的基础上建立关于操纵量的代数方程和微分方程组,形成增广飞行动力学模型,从而能反映出旋翼拉力系数、后倒角与驾驶员操纵杆量之间的关系,同时也能在轨迹优化中考虑到操纵系统特性对操纵量变化速度的限制,避免操纵量在优化过程中跳跃不连续;然后,采用直接转换法将着陆过程中的最优操纵策略和最优轨迹问题转化为非线性规划问题,并使用序列二次规划算法进行求解;最后,以XV-15倾转旋翼机为例,计算了短距起飞单发失效后安全着陆的最优解,并与相关文献数据进行对比.结果表明,在飞行路径、地速、旋翼转速和俯仰角的变化趋势与文献基本一致的情况下,需用功率、拉力系数与纵向周期变距杆位移等变化更加柔和,此外优化结果还包含了现有方法无法得到的操纵量和操纵速率信息.由增广飞行动力学模型得到的轨迹优化结果可以为单发失效时驾驶员实施安全着陆提供更多有用的依据.     

高超音速飞行器及其制导控制技术综述

高超音速飞行器军事上的强突防、强侦察能力,民用上的高效部署、星际旅行能力,使其成为各国构建战略威胁、争夺太空资源的重要途径之一,针对这一热点前沿问题,综述了高超音速飞行器的发展及其制导控制技术.首先,对高超音速飞行器的研制历史及现状进行总结,梳理发展脉络揭示其发展规律,并对高超音速飞行器轨道、近空间及大气层内飞行任务进行分析.然后,重点讨论再入返回的飞行约束条件及制导方法,包括:离线轨迹制导、在线轨迹制导以及预测制导,并针对复杂环境下强约束、任务突变等制导难点,展望高精度多约束轨迹制导、快速轨迹规划制导、鲁棒自适应轨迹重构制导等技术;进而,综述了目前高超音速强非线性、不确定性、时变性、结构挠性、控制约束及故障等控制难题及其解决方法,并对系统模型/扰动/故障深层次机理分析、多控制问题兼顾及多控制器切换、智能自主高超音速飞行等控制技术提出了展望.最后,指出了高超音速飞行器的发展需兼顾高超音速打击武器及可重复使用空天往返运载技术,制导控制系统的研制需向极广空域下的智能自主高超音速制导与控制一体化迈进.     

能量状态法在高速飞行器上的应用

为了研究高超声速飞行器的最省燃油飞行轨迹和最大飞行包线范围问题,本文对能量状态法进行改进。传统的能量状态法仅考虑飞行器的质点模型,不对飞行器的姿态进行考虑,本文在传统能量状态法的基础上引入姿态运动,可以进一步分析飞行器姿态对性能的影响。分析了高超声速飞行器的气动模型,并验证了能量状态求解的飞行包线的准确性。采用改进能量状态法分析了迎角对飞行轨迹和燃油消耗的影响,并设计爬升轨迹。结果表明:采用改进能量状态获得高超声速飞行器的飞行包线范围具有一定的可行性,相较于参考轨迹节省了1.87 t的燃油。     

有动力通用航空飞行器的概念研究

文章回顾了美国猎鹰计划的发展情况,为避开该计划采用的无动力通用航空飞行器(Common Aero Vehicle,CAV)方案面临的技术难题,提出了有动力CAV方案.对有动力CAV的关键技术--推进系统的选择、外形设计问题、轨迹设计问题分别进行了研究,给出了可供参考的方案.在不同发动机的模型下进行了备选轨迹的计算,结论指出外形与轨迹的一体化设计可以提高飞行器总体性能.     

单翼损坏下的四旋翼飞行控制器设计

针对发生单翼损坏故障时四旋翼飞行器的常规控制失效问题,用反步法设计保证飞行器安全和一般飞行控制的控制器.根据单翼损坏下四旋翼飞行器的旋转与平移运动方程,将控制器划分成内、外环,使用反步法设计这两个环路.内环控制飞行器姿态,外环控制飞行器位置.用反步法设计此种控制器时牺牲飞行器的偏航控制能力,但能实现飞行器一定程度的正常飞行.即能实现飞行器以恒定速度绕其垂直轴转动,机体保持水平同时空间位置不变的近悬停状态,也能通过指令信号实现飞行控制和位置跟踪.经过仿真验证,证实了该控制器对单翼损坏故障下的四旋翼飞行器的飞行控制的有效性,飞行器的稳定性能良好.结果表明,偏航控制能力的丧失不会对四旋翼的安全造成威胁,也不会对飞行器的轨迹跟踪造成较大影响,即保证飞行器能在以恒定速度绕垂直轴转动的情况下进行稳定飞行,同时还能以较快速度跟踪简单的期望轨迹.该研究证实了单翼损坏下的四旋翼飞行器的飞行仍具有可控性.     

非质点飞行器模型的大气紊流仿真

在大展弦比飞行器的飞行仿真中,通常需要建立飞行器的非质点模型,针对非质点飞行器模型的仿真需求,提出一种能为飞行器多个局部位置同时提供大气紊流数值的仿真方法.利用相关函数法生成飞行器质心沿飞行轨迹方向的大气紊流数值,根据质心处的大气紊流数值和相关关系,采用蒙特卡洛方法求解出飞行器非质心位置的大气紊流数值,从理论上证明该方法所生成的大气紊流数值能够满足相关性要求.仿真结果表明,该方法在满足飞行器多个位置大气紊流数值沿飞行轨迹方向相关性的同时,还保证了各个位置点之间的相关性,适合非质点飞行器模型的大气紊流仿真.     

Simulation of a vehicle hydraulic propulsion system

The characteristics of a hybrid hydraulic vehicle driven by the hydraulic common rail propulsion system with a hydraulic free-piston engine and a hydraulic transformer were studied.A mathematical model of the propulsion system was established and a control method of the propulsion system was proposed.Extensive simulation results of hybrid hydraulic vehicles with the hydraulic common rail propulsion system were presented.The hydraulic common rail propulsion system achieved the switch power control and the constant power propulsion.The control method based on the propulsion,break and speed limit requirement was verified.Our results showed that the hydraulic common rail propulsion system gained an ideal acceleration process.     

吸气式激光推进环聚焦光船设计方法

激光推进是一种先进的推进技术，光船是进行激光推进研究的模拟飞行器；提出了吸气式激光推进环聚焦光船设计方法和原理，数控机床加工中光船内表面和外表面尺寸计算方法，以及体积、质量和质心位置计算方法。对空气吸气式模式的激光环聚焦推进光船设计和试验研究有重要参考意义。     

轮毂马达液驱系统控制与仿真

通过加入一套由泵和马达等组成的轮毂马达液压驱动系统,将传统重型车辆改为液驱混合动力车辆,使其在坏路况下可使其前轮同时参与驱动。分析了该系统的结构原理与工作模式,研究并建立了动力学理论方程,并在Matlab/Simulink和AMESim软件中分别建立其机械动力系统和液压系统模型,重点提出了该液驱系统的控制策略,进行了车辆的牵引力及爬坡性能仿真。结果表明:加入轮毂马达液驱系统后,车辆的牵引力和爬坡度明显提高,整车通过性得到改善;同时,该系统结构简单,整车改造成本低,具有很好的应用前景。     

高超声速运载器宽速域气动/推进耦合建模与分析

为了满足吸气式高超声速运载器在初步设计阶段的宽速域模型需求,基于流线追踪和高超声速气动理论建立独立于构型的宽速域压力和摩擦力壁面分布气动模型;以准一维流理论为基础,建立包含边界层和跨声速特性的宽速域双模态超燃冲压发动机模型. 对于典型工况,2种模型的仿真结果与试验结果误差分别不大于2%、3%. 在所建立模型的基础上,提出前体/进气道和后体/尾喷管力系的解耦/耦合策略,建立气动和推进学科的宽速域一体化耦合模型及仿真平台.针对某吸气式高超声速运载器的分析发现一体化设计的吸气式高超声速运载器存在严重的非线性气动/推进强耦合,认为所建立的耦合模型在精度满足一定要求的条件下能够定量/定性地评估气动/推进的耦合效应,有助于吸气式高超声速运载器的构型设计、地面仿真和控制研究.     

Active suspension with optimal control based on a full vehicle model

The 7-DOF model of a full vehicle with an active suspension is developed in this paper. The model is written into the state equation style. Actuator forces are treated as inputs in the state equations. Based on the basic optimal control theory, the optimal gains for the control system are figured out. So an optimal controller is developed and implemented using Matlab/Simulink, where the Riccati equation with coupling terms is deduced using the Hamilton equation. The all state feedback is chosen for the controller. The gains for all vehicle variables are traded off so that majority of indexes were up to optimal. The active suspension with optimal control is simulated in frequency domain and time domain separately, and compared with a passive suspension. Throughout all the simulation results, the optimal controller developed in this paper works well in the majority of instances. In all, the comfort and ride performance of the vehicle are improved under the active suspension with optimal control.     

小推力液体火箭推进系统脉冲工况数值模拟

给出了液体火箭推进系统脉冲工作过程数值仿真模型；基于管道中一维流动力学方程的特征线解法，微分方程用差分解法，边界条件直接含在了模型中；对影响发动机多脉冲起动的主要参数进行了数值计算，计算结果与试验中发动机的工作参数具有较好的一致性；仿真软件和所得结果对小推力液体火箭推进系统设计具有重要参考价值。     

海洋温差能驱动系统的原理和结构

海洋温差能是一种可持续的绿色能源,储藏量大、资源稳定,受季节和昼夜的影响小,具有开发利用的潜力。利用海洋温差能驱动的水下运载器在航行时无需能源补充,海洋温跃层上下的温差就是潜水器动力的来源。它能够长期不间断地在水下工作,在军事探测和科学研究方面有着广泛用途。文中提出了水下运载器的动力系统的初步设计方案,重点讨论了发动机的主要组成部分的设计构想。     

Design and optimization of equivalent consumption minimization strategy for 4WD hybrid electric vehicles incorporating vehicle connectivity

This paper presents an optimized equivalent consumption minimization strategy(ECMS) for four-wheel-drive(4 WD) hybrid electric vehicles(HEVs) incorporating vehicle connectivity. In order to be applicable to the 4 WD architecture, the ECMS is designed based on a rule-based strategy and used under the condition that a certain propulsion mode is activated. Assuming that a group of 4 WD HEVs are connected and position information can be shared with each other, we formulate a decentralized model predictive control(MPC) framework that compromises fuel efficiency, mobility, and inter-vehicle distance to optimize the velocity profile of each individual vehicle. Based on the optimized velocity profile, an optimization problem considering both fuel economy and battery state of charge(SOC) sustainability is formulated to optimize the equivalent factors(EFs) of the ECMS for HEVs over an appropriate time window. MATLAB User Datagram Protocol(UDP) is used in the codes run on multiple computers to simulate the wireless communication among vehicles, which share position information via UDP-based communication, and dSPACE is used as a software-in-the-loop platform for the simulation of the optimized ECMS. Simulation results validate the control effectiveness of the proposed method.     

Experimental Investigation and Numerical Simulation of Air-Breathing Mode for Laser Propulsion

Laser propulsion is a new concept technique of propulsion and will have important application in future space technology. There are two main driving types: the air-breathing mode and the rocket ablation mode. Vertical flight experiments have been carried out with a simple paraboloid type lightcraft in the air-breathing mode by TEA-C02 laser. In simulation a new model is used for LSD/LSC wave, the result shows that the momentum coupling coefficient increases with the increase of the pulse energy.