面向高效仿真的航天器飞行仿真系统设计与实现

针对航天器飞行仿真系统中海量时空数据高效仿真与处理的工程需求,通过四叉树层次细节算法对仿真系统中海量数据进行分块,并结合金字塔模型对数据块进行高效管理,有效提高了飞行仿真系统中数据处理、地球绘制及地形渲染效率,同时仿真系统通过半拉格朗日法建立航天器尾部火焰模型,有效减少了风力、风向等物理因素对航天器火焰模型的影响.测试结果表明,飞行仿真系统可以准确模拟航天器发射及飞行过程,具有良好的可靠性和较高的运行效率.     

基于云平台的仿真软件设计

针对SiROS软件只支持C/S架构仿真的问题,设计了三类应用服务镜像将SiROS仿真软件部署在云平台上.基于Docker虚拟化、容器化技术将仿真需要用到的云端资源封装至Docker容器中,用户采用B/S架构连接云提供端Docker容器,在本地浏览器直接使用容器中分配的各类资源完成建模仿真任务.基于云平台的SiROS仿真软件是模块化架构,将仿真模块封装在功能包中,仿真时根据任务需求,利用分级启动方案加载特定功能包.建立了Secular_J2轨道外推仿真模型并进行了仿真实验,通过与卫星工具包分析软件仿真结果对比验证了B/S架构下SiROS软件仿真结果的准确可靠性.     

基于模糊RBF神经网络算法的灌溉控制系统设计

对于一个农田占地面积大,灌溉用水量少的农业国而言,高效用水影响着农业的稳步发展;针对这一现象,提出一种基于模糊RBF神经网络的灌溉策略,将隐层的输出函数构成一组基来逼近目标函数,预测出灌溉的需水量,并用模糊控制计算出具体的灌溉时间;以山西省忻州地区种植的玉米利合328号为例,对气象条件、土壤条件以及作物特性进行分析,可以根据不同环境计算出灌溉时间;对大田采取高效、实时的灌溉策略,不仅可以提高灌溉用水的利用率,还可以为大田灌溉的发展奠定基础,增加了作物的产量。     

纳米光栅微陀螺前置放大电路的设计与分析

针对纳米光栅微陀螺输出微安甚至皮安级的微弱电流信号,设计微弱电流信号的前置放大电路,研究微弱电流信号检测与电路稳定性的理论,提出一种低成本、低噪声、高信噪比的微弱电流检测方法,即高阻型的I-V转化法,并给出高阻型I-V转化电路的响应带宽计算公式以及电路稳定性的分析方法。通过搭建测试台,对电路性能及功能进行实际测试。实验结果表明:该电路可对皮安级的微弱电流信号进行检测放大,电路灵敏度为10 mV/pA,最大检测误差为1.5%(当输入微弱电流值10 pA时),满足纳米光栅微陀螺的微弱电流检测的需求。     

不同特征下激光超声温度测量研究

为解决金属材料在高温工作环境下进行温度检测时需接触,受限多等问题,使用激光超声技术实现超声非接触式收发,通过对纵波、表面波信号与温度的相关性分析,实现高温工作状态下金属零部件温度的检测。建立20～520℃范围内铝块的激光超声温度检测模型,研究了激光激发的超声纵波、表面波波速与温度的相关性;提出Wigner-Ville分布下激光超声能量谱密度最大点的频率移动特征分析方法,研究了激光超声表面波频率与温度的相关性。研究表明：激光超声纵波、表面波波速及频率随温度升高成线性降低关系,且表面波波速-温度关系对温度检测的灵敏度更高。在单位长度1 cm范围内,表面波声时随温度变化率为1.4×10^-9s·℃^-1,波速随温度变化率为-0.85 m·s^-1·℃^-1,可以分辨1℃的温度变化,为后续的激光超声温度检测研究提供了依据。     

柱状材料声表面波相位变化与缺陷探测研究

激光在热弹效应下激发出的声表面波,在柱状材料表面传播过程中发生相移现象。通过有限元方法对铝材圆柱中表面波相位变化规律以及表面波与缺陷作用机理进行数值模拟。数值研究表明：激光产生的表面波负相位最强,传播过程中负相位向正相位移动,相位差逐渐减小,180°左右正负相位强度大致相等,之后正相位继续增强、负相位持续减弱,并且沿圆周每传播一周,其相位发生一次翻转,缺陷产生的表面反射波有同样的相位变化现象;通过B扫图发现RRcw随缺陷角度增大变得模糊,RRccw随缺陷角度增大变得明显。说明反射波产生时间的长短与受干扰程度成正比,针对柱状材料表面缺陷提出了合理的检测范围;对不同深度缺陷数值模拟发现,深度变化使得P波峰在接收时间上发生延迟,推测P波峰传播路径并提出相应公式进行证明,计算结果与模拟结果吻合度较高,可通过此公式定量缺陷深度信息。以上研究结果为超声波检测柱状材料表面缺陷提供了有效参考。     

基于阈值频率的激光超声缺陷检测

针对激光超声技术难以定量分析、检测金属样品缺陷的问题,根据不同缺陷深度处反射与透射表面波的频率交叉现象,提出了阈值频率,研究了表面缺陷深度与其对应波长的关系。通过小波分解和频谱分析,探讨和分析了反射波和透射波在频谱能量图中的波形分布特征。结果表明:由阈值频率计算的波长与缺陷深度之间的关系(即λ=4 h)与理论数据分析结果吻合良好;并随着缺陷深度的增加,波长也随之表现出线性增加的特性。由此可见,该分析方法达到了预期的效果,为表面缺陷深度的进一步定量表征提供了参考方向。     

MPPT控制器的线性自抗扰控制

光伏并网发电系统极易受到外部环境的影响,并且抗干扰能力较差。环境改变、电网不稳定或参数难以确定等原因都会对电能输出效率和其工作效率造成很大影响。针对光伏系统的这些特性,提出一种线性自抗扰控制器对电流进行控制。采用扩张状态观测器对扰动进行补偿,从而快速消除扰动,达到平和状态,使系统对扰动有着很好的适应能力。为了验证该算法的有效性,通过Matlab/Simulink仿真表明,加入自抗扰控制器能够明显提高光伏并网系统的跟踪速度和控制性能,降低了功率震荡,在外界环境突变的情况下,也能够达到很好的效果。     

惯性导航系统可观测性分析与可观测状态确定的图方法

本文研究平台式惯性导航系统在静基座与动基座下的可观测性与可观测状态确定问题.主要利用组合图论中的二分图与线性结构化系统中的动态图.这种基于图论的方法,不仅能够分析平台式惯性导航系统的可观测性,而且可以用来确定具体的可观测状态.针对静基座的情形,利用二分图的匹配理论来分析可观测状态,得到的可观测状态与已有的利用代数分析方法得到的相同.对于动基座的情形,通过建立分段定常系统分析方法与动态图的Menger-type linking分析方法之间的联系,从图论的角度得出系统在机动运动下仍是不可观测的.由于Mengertype linking分析可观测状态相对困难,进一步引入广义二分图来分析动基座时不同运动状态下系统的可观测状态.最后,分别针对静基座和动基座时的惯性导航系统给出其可观测性与可观测状态的分析结果,实例结果表明本文图论分析方法的简洁性和正确性.