基于IVHM的健康评估与仿真技术研究进展

IVHM技术是近年来新兴的健康管理技术,能够从系统层面有效实现对飞行器健康状态的监控和管理.健康评估与仿真作为IVHM的核心技术,受到国内外研究者的广泛关注.在综合大量国内外文献的基础上,介绍了IVHM技术发展现状,并总结了IVHM系统的结构.按照构建健康评估和健康仿真模型的原理将飞行器健康评估和健康仿真技术分为基于机理的模型和基于数据统计的模型两类,分别分析了两种技术的应用现状,对尚存问题和技术难点做了剖析.     

ATML在综合运载器健康管理系统中的应用

综合运载器健康管理(IVHM)技术是提高飞机、航天飞行器安全性、可靠性及可维护性并有效降低成本的重要途径。针对IVHM系统的高互操作性以及复杂数据交换特点,提出采用自动测试标记语言(ATML)对航空机载设备进行形式化和规范化描述,有利于实现系统的高度集成以及可扩展性,结合航空电源故障诊断与预测系统的实例,论述了ATML在综合运载器健康管理系统中的应用。     

飞行器故障预测与健康管理(PHM)集成工程环境研究

故障预测与健康管理(PHM)技术能够实现故障监测、诊断、预测、状态评估及综合决策的功能,能够降低飞行器维修、使用和保障费用,提高飞行器战备完好率、任务成功率以及安全性和可用性;在分析了国内外研究现状的基础上,提出了构建飞行器故障预测与综合健康管理的通用化支撵平台和验证环境的设计思路,并展开描述了PHM开发环境、运行环境、验证环境的具体功能组成,研究成果能够为检验飞行器PHM系统工作效能提供有效验证,为降低飞行器PHM验证费用提供借鉴.     

基于加速性能退化试验的IGBT故障预测前端设计

故障预测与健康管理(PHM)技术能够实现故障监测、诊断、预测、状态评估及综合决策的功能,能够降低飞行器维修、使用和保障费用,提高飞行器战备完好率、任务成功率以及安全性和可用性。针对航空电子单元故障预测具体实现这一问题,选择航空飞行器中常用的IGBT作为试验对象,采用加速性能退化技术,基于PXI的测控平台,研究IGBT故障预测试验加速性能退化试验技术,分析性能退化曲线,为IGBT加速寿命试验的实现奠定基础。     

基于多模型自适应的飞行控制系统重构与优化

对飞行器执行机构受损或失效情况下其飞行控制规律重构的问题,提出一种基于线性二次最优控制理论的多模型自适应控制重构技术方案。利用线性二次调节器获得参考模型,基于故障诊断与检测技术,运用Lyapunov稳定性理论,确保闭环控制系统的严格正实性和全局渐进稳定性。根据飞行器的动力学控制规律,进行故障辨识和模型切换,实现故障状态下飞行控制规律的重构与优化设计。针对典型故障情况进行飞行器控制重构仿真验证,结果表明系统能够在舵面部分失效下完成控制重构,保证有效飞行器运行控制。     

综合航电系统健康管理体系结构设计

健康管理体系结构是军用综合航电系统的重要组成部分,关系到综合航电系统和战机安全性、生存性、维护性等多方面.概述了综合航电系统的结构组成,剖析了健康管理的内涵.通过论述系统、环境和人对系统失效行为的影响,归纳了系统失效类型,明确了健康管理体系结构设计的三方面需求.在此基础上,提出了一种新的健康管理体系结构,并完成了机载部分和地面部分的基本结构设计,分析了系统健康信息处理流程,最后就下一步要研究的问题进行了探讨.     

飞行器综合健康管理中的健康就绪组件研究

针对国内航空装备存在的故障隔离困难、集成商开展IVHM工作的成本效益低等问题,引入"健康就绪组件"概念,对健康就绪组件的定义和内涵、开发方法、应用情况进行分析研究.重点是结合具体示例,对健康就绪组件的作用和内涵进行深入剖析,同时对基于集成参考模型的设计时数据交换和运行时数据交换内容进行了分析.最后分析了国外健康就绪组件的应用情况,并给出了国内开展健康就绪组件研究、标准制定相关的建议,为健康就绪组件的研究和应用奠定基础.     

基于ARM的农药喷雾飞行器越界控制系统设计

针对当前的农药喷雾飞行器需要人时刻观察是否飞出农田边界这一情况,从机器视觉的角度出发,综合嵌入式、图像处理和测控等技术,设计了一种以ARM Contex-A8平台为核心的农药喷雾飞行器越界控制系统.首先,采用混合高斯模型算法进行目标检测,通过计算目标的形状描述符来获得形状特征并进行目标定位.然后,计算目标的质心位置同时结合运动方向来判断飞行器是否出界.最后,根据综合判断的结果,用无线模块控制农药喷雾飞行器的飞行方向.实验结果表明,该系统能够很好地识别到农药喷雾飞行器,并能精准定位和越界判断,实现了无人操控,提高了工作效率.     

考虑建模误差的小型飞行器导航制导控制器设计

由于传统小型飞行器导航制导控制器对于飞行器的飞行状况调查完善度较低,数据收集力度较小,勘查条件较少.因此,本文基于建模误差设计了一种新的小型飞行器导航制导控制器.建立控制器结构,完善数据内部操作结构,获取相关性参数,并根据动力学模型,深入分析控制器数据,整合获取的信息,综合控制器设计优化算法,实现对小型飞行器导航制导控制器流程的设计.实验结果表明,相较于传统小型飞行器导航制导控制器,本文提出的设计能够在一定程度上控制数据设计的具体流向,掌控基础数据状态,具备较高的控制器反应灵敏度,且操作消耗时间较短,能够提供更为优质的系统服务.     

可垂直起降、高速前飞的飞行器设计与控制

本文设计了一种具有垂直起降、悬停和高速前飞能力的飞行器.这种飞行器通过模态转换,既能够实现类似传统四轴飞行器的垂直起降,又能够实现类似固定翼飞行器的高速前飞.同时本文针对这种飞行器设计了模态转换控制律;仿真试验验证了设计方案和控制律的有效性.     

飞行器切换多胞系统执行机构失效自适应补偿控制

针对建模为切换多胞模型的飞行器动力学系统执行机构失效情况下的控制问题,提出一种自适应补偿控制方案。首先针对存在不确定的飞行器大包线切换多胞系统设计一种自适应增益调度控制器,以保证全包线稳定飞行;然后,针对存在执行机构失效、且失效值和失效模式未知的情形,设计一种自适应容错控制律,并结合公共Lyapunov函数和平均驻留时间方法证明了闭环系统的稳定性。该方案解决了飞行器切换多胞系统容错控制器设计问题。仿真结果验证了所提出方案的良好性能。     

先进传感器技术在飞机故障诊断中的应用

主要介绍了飞机故障诊断领域(涵盖了飞行器综合健康管理、结构健康监控、基于状态维修、综合诊断/预测等领域)中应用的先进传感器技术,如:光纤传感器、无线传感器、微机电传感器、压电传感器及多传感器融合等的原理、特点以及它们在故障诊断领域中的具体应用情况.     

IMA架构航电系统多级故障管理的设计与实现

飞行器故障管理技术是避免其部件/系统部分或全部失效的技术和方法,是保护飞行器安全性、维护性的重要技术之一。面对综合化模块化航空电子(IMA)系统架构显现出的故障密集、多类、相互影响和蔓延等特点,讨论了一种多级故障管理机制,通过故障检测、健康监控、故障滤波和故障处理等方法,针对IMA航电系统的面向域的层次化划分方式,实现了航电系统模块级、集成区域级和飞机级的多级故障管理机制,使得航电系统故障能够自动收集、过滤、分级派发、接管等,制止了故障蔓延,提高了飞机的安全性。试验验证表明满足设计需求,并已在某型飞机上得到应用。     

弹性飞行器低阶鲁棒飞行控制律综合

针对传统飞行控制律设计中没有充分考虑弹性运动,要优化飞行器控制系统,需解决气动伺服弹性稳定性的问题,提出了一种弹性飞行器综合飞行控制律设计方法.利用分支模态法建立弹性飞行器的综合ASE系统模型,对弹性飞行器的飞行动力学、结构动力学以及由各种振动引起的非定常气动力,用降阶方法降低综合模型的阶次,以简化控制律设计的难度.采...     

飞行器多学科协同设计系统的构建与应用

飞行器多学科协同设计是困扰当前飞行器综合性能提升、飞行器设计效率提高的关键问题之一,而工程性的飞行器多学科协同设计系统构建与应用借鉴资料不多.本文介绍了依据飞行器总体设计过程为代表的飞行器设计体系构建的多学科协同设计框架及其在气动设计方面的应用过程及效果,为飞行器协同设计的工程应用提供参考.     

输入受限四旋翼飞行器的模糊自适应动态面轨迹跟踪控制

针对输入受限条件下四旋翼飞行器的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在模型动态不确定和未知外界干扰的情况,提出一种模糊自适应动态面轨迹跟踪控制方法.该方法设计干扰观测器估计位置模型中复合扰动项,利用模糊系统逼近姿态模型中不确定项和外界干扰,并引入双曲正切函数和辅助系统处理输入受限问题,结合反演法和动态面技术设计轨迹跟踪控制器,以降低控制算法的复杂性,最后选取李雅普诺夫函数证明闭环系统所有信号一致最终有界.应用大疆M100飞行器模型进行仿真验证,结果表明所设计的控制器能够有效处理模型动态不确定和未知外界干扰问题,避免飞行器工作过程中因输入饱和导致执行器失效现象,精确地完成轨迹跟踪控制任务.     

涵道风扇飞行器飞行控制技术与分类

飞行控制设计的最新进展提高了复杂自主飞行器完成各类任务的能力.在各类垂直起降飞行器中,涵道风扇飞行器(DFAVs)是一种非常重要的尾座式飞行器,其运动和驱动部件由称为涵道的环形机身所屏蔽.这一结构使得其能够很好地保护飞行器自身和操作人员的安全,让飞行器能够在狭窄、杂乱和危险的环境中飞行.此外,DFAVs具有固定翼飞机和直升机的特点,能够同时展现它们的优良特性,如长时居高监视能力和大有效载荷能力.本文是关于DFAVs的第1篇综述论文,旨在概述与其相关的几个方面的最新进展.首先,综述了世界范围内开发的此类飞行平台的历史与分类,并总结了它们的优缺点.然后,介绍了用于控制这些飞行器的多种控制方法.最后,给出总结,并讨论了现存的挑战,以及新的研究趋势.     

基于跟踪微分器的四旋翼飞行器控制器

研究小型四旋翼飞行器导航控制优化问题.针对当前许多控制方法需要四旋翼飞行器速度信号,四旋翼无人机无法获取速度信号情况下,传统控制方法便会失效,为解决上述问题,提出采用跟踪微分器的输出反馈控制器.跟踪微分器估算出四旋翼飞行器的速度值,实现无法获取速度信号下的位置和姿态控制,并对基于微分跟踪器的控制器进行了设计和仿真.仿真结果表明上述控制方法和跟踪微分器观测的速度信号的有效性和可行性.     

基于双种群遗传算法的四旋翼飞行器PID参数整定方法

针对四旋翼飞行器的PID控制器参数整定问题,提出使用双种群遗传算法对控制器参数进行寻优;四旋翼飞行器的PID参数调整困难,由于通道间的耦合关系使常规的参数调整方法失效,提出结合双种群遗传算法,寻找最优的PID参数组合,实现飞行器控制;结合动力学模型并加以适当简化,设计了PID控制器,使用双种群遗传算法整定参数,进行了数据仿真实验;结果表明,双种群遗传算法能够提高单种群遗传算法5%的性能,获得的参数控制效果更好。     

闭环制导实时仿真系统设计

研究飞行器制导系统实时性优化问题,由于飞行器闭环制导对于系统的实时性和制导快速性有着较高的要求,因此缺乏应用于工程实践的模型.为了能够在实验室环境下,实现飞行器闭环制导的实时仿真,提出设计闭环制导实时仿真系统.利用嵌入式系统,采用间接法求解最优制导问题.最后对系统进行了实时性测试,并对特定的吸气式高超声速飞行器模型进行轨迹仿真,结果表明,设计的系统完全能够满足飞行器闭环制导对实时性和快速性的要求.