数字液压缸联合仿真与试验研究

以航天器转运平台使用的数字液压缸为研究对象,根据其结构特点和内部闭环控制原理,利用三维建模软件和ADAMS软件建立其多体动力学模型,利用AMESim软件建立其液压模型,并通过软件接口将液压模型集成到ADAMS环境中,从而实现了联合仿真。利用仿真模型,重点研究了数字液压缸的定位精度,并通过试验验证了模型的准确性。根据仿真及试验提出了通过调整输入脉冲量提高精度的方法,可以满足转运平台工作时的精度要求。同时还通过仿真发现,供油压力波动会导致活塞杆运行时的抖动,增大定位误差。     

基于可观测性分析的混合式惯性导航系统连续自标定模型选择

针对混合式惯性导航系统连续自标定的系统模型选择问题,从模型中惯性仪表安装误差的可观测性出发,分析了不同模型的可观测性和适用条件。根据不同动力学方程和观测方程构建了3种不同的混合式惯性导航系统连续自标定模型,从可观测性定义出发分析了惯性仪表安装误差与系统观测量之间的关系,以判断系统是否可观测。分析结果表明,选择失准角方程作为动力学方程、加速度计输出作为观测方程和选择框架角方程作为动力学方程、加速度计和平台框架角传感器输出作为观测方程时,系统模型是可观测的。对3种系统模型进行了仿真和试验分析,验证了理论分析结果的正确性。     

基于反向传播神经网络的海杂波参数估计

研究分析海杂波、评估弹载导引头在不同海况下的打击精度具有重大意义。针对传统统计方法的海杂波参数估计易存在脱离实况海杂波物理特征的问题,提出基于反向传播（BP）神经网络的参数估计法。利用海杂波幅度分布特性和时间相关性,建立基于K分布的时间与空间相关海杂波模型;重点分析形状参数、尺度参数、杂波速度均方根、平均多普勒频移4个模型参数对海杂波混沌特性、分形特性的影响,总结出模型参数与物理特征之间的定性关系;利用BP神经网络充分挖掘参数与物理特征间的定量关系,并对混沌特性、分形特性进行预测,决定系数为0.985、0.952. 以实测海杂波数据为例,比较BP神经网络、最大似然估计和矩估计法的模型参数,验证了该方法可以较好地贴近真实海杂波的物理特征。     

基于高压储能的特种车辆快速起竖技术与验证

围绕特种车辆重负载下的快速起竖需求,针对气液混合驱动方法较难达到15s内起竖的问题,开展了对传统气液驱动方式与起竖结构的优化研究。采用高压蓄能器驱动三级缸起竖的方案,结合实际需求优化三铰点起竖结构与缓冲装置,利用AMESim软件对快速起竖方案进行了仿真验证,并搭建实验样机进行快速起竖实验验证。实验结果表明：该方案通过高压蓄能器驱动起竖机构,通过迅速释放装置中储存的高压气体来推动蓄能器中的活塞,使液压油快速流入液压缸中,并通过节流的方式进行换级与末段缓冲,可实现大负载下12.7 s起竖至95.3°,再耗时1.8 s达到振幅小于1°,起竖角度稳定在95°,快速起竖过程共用时14.5 s,相比传统液压泵驱动起竖提高71.5%。由于实验样机车身跨距较大,受多级缸换级冲击影响,由实验样机弹性形变导致换级时振幅变大,所以还需对实验样机缓冲结构进一步优化,以保证起竖过程的平稳性。     

面向工业平稳/非平稳复杂系统的在线故障监测技术

针对复杂系统中关键性能指标（KPI）相关故障检测方法检测精度低的问题,提出基于双层改进潜结构投影（DL-IPLS）的KPI相关故障检测方法. 利用协整分析和主元分析建立底层模型,对非平稳和平稳变量进行特征提取. 将提取的信息进行融合,建立改进潜结构投影的上层模型,根据融合信息对KPI的贡献进行空间分解. 在2个正交子空间中设计统计量,实现KPI相关故障的在线监测. 田纳西-伊斯曼过程和青霉素发酵过程的仿真结果表明,在面向工业平稳和非平稳复杂工业系统检测时,所提方法有效提高了KPI相关故障的检测率,降低了KPI无关故障的误报率.     

起重臂动态面自适应模糊滑模控制联合仿真研究

转载车上的起重臂俯仰机构是常见的机电液系统。为了克服转载时系统存在非线性特性和干扰等问题,提出了一种动态面自适应模糊滑模控制的方法。基于反演滑模控制设计了李亚普诺夫函数和虚拟控制量,分别引入动态面控制计算虚拟控制量的导数、自适应控制对参数进行在线估计和模糊控制对切换项进行模糊化。为了更准确地模拟转载作业过程和验证控制器的性能,提出了基于AMESim和Simulink联合仿真的方法,利用AMESim的元件库建立系统的机械-液压模型,并通过软件接口与Simulink模型相连构建联合仿真模型。经仿真验证,所设计的滑模控制器具有较高的控制精度和较强的鲁棒性,并消除了抖振。     

双电机同步交叉耦合PID控制器的设计与试验验证

针对双电机同步控制问题,提出了一种交叉耦合PID控制器。首先建立双电机同步控制系统的数学模型,然后设计交叉耦合PID控制器,并给出了基于交叉耦合PID控制的双电机同步控制系统的稳定性定理,最后在双电机同步控制试验平台上进行试验。试验结果验证了设计的交叉耦合PID控制器的可行性。     

结构损伤识别的广义均布载荷面法

针对多数情况下受损结构的损伤前参数无法获得,且实际中结构高阶模态较难获取的问题,从理论上推导并提出广义均布载荷面的损伤识别方法。分别构建广义均布载荷面曲率和基于最小二乘多项式拟合广义均布载荷面曲率的损伤指标。以两端固支的 T 型简支梁为例,数值分析和对比柔度曲率、均布载荷面曲率、广义均布载荷面曲率和基于最小二乘多项式拟合广义均布载荷面曲率四种指标的损伤识别效果,结果表明：上述四种指标均只需低阶模态参数就可识别出损伤,但后三种指标的识别效果优于第一种;广义均布载荷面曲率指标比均布载荷面曲率指标截断误差小,并具有一定的抗噪性;只有基于最小二乘多项式拟合广义均布载荷面曲率指标只需结构损伤后的参数,更具有实际应用价值。     

基于扩张状态观测器的自抗扰滑模导引律

考虑零脱靶量落角约束问题,针对大机动目标,提出一种自抗扰模糊滑模导引律,采用Lyapunov稳定性判据证明其稳定性。通过扩张状态观测器实时估计目标机动,并在自适应神经模糊滑模导引律中进行补偿,提高导引律对大机动目标的导引性能。考虑实际情况的量测噪声,引入一阶低通滤波器,并重新设计带滤波器的扩张状态观测器,通过滤波方程补偿,消除滤波器带来的观测误差。研究结果表明:所设计导引律能够实现对大机动目标的落角约束打击,对于噪声干扰具有良好的鲁棒性。