刚性航天器的预定义时间滑模控制

针对刚性航天器在姿态跟踪控制中存在的系统不确定及外界干扰等问题,提出了一种预定义时间滑模控制器(PTSMC).首先,给出了以四元数为姿态参数的航天器姿态跟踪控制系统,利用误差四元数和误差角速度设计了预定义时间滑模面.然后,考虑了航天器系统的不确定性和外界干扰设计了一种非保守上界的PTSMC,并通过边界层技术降低了系统抖动.最后,通过设计Lyapunov函数,证明了所提出的控制器的预定义时间稳定性和系统收敛时间上界的非保守性.仿真结果表明,刚性航天器的姿态跟踪误差精度可达1.5×10-6 rad,角速度跟踪误差精度可达2×10-6 rad/s.与现有的预定义时间控制器相比,所提出的控制器的稳定时间上限是更加非保守的,与传统PD控制和非奇异终端滑模控制相比,所提出的控制器具有更高的跟踪精度和鲁棒性.通过3自由度气浮平台的姿态跟踪实验进一步说明了控制方案的有效性,其中角度跟踪误差小于0.1 rad,位置跟踪误差小于0.2 m.     

格点QCD基础求解器及其异构计算实现的性能优化

格点量子色动力学(格点QCD)是研究夸克、胶子等微观粒子间相互作用的重要理论和方法. 通过将时空离散化为四维结构网格, 并将量子色动力学的基本场量定义在网格上, 让研究人员可以使用数值模拟方法, 从第一性原理出发研究强子间相互作用和性质, 但这个过程中的计算量极大, 需要进行大规模并行计算. 格点QCD计算的核心基础为格点QCD求解器, 是程序运行主要的计算热点模块. 本文研究在国产异构计算平台下格点QCD求解器的实现与优化, 提出一套格点QCD求解器的设计实现, 实现了BiCGSTAB求解器, 显著降低了迭代次数; 通过对奇偶预处理技术, 降低了所求问题的计算规模; 针对国产异构加速卡的特点, 优化了Dslash模块的访存操作. 实验测试表明, 相比优化前的求解器获得了约30倍的加速比, 为国产异构超算下格点QCD软件性能优化提供了有益的参考价值.     

掺钪AlN材料特性及HBAR器件性能研究

该文基于掺钪AlN薄膜制备了高次谐波体声波谐振器(HBAR),研究了钪(Sc)掺杂浓度对AlN压电薄膜材料特性及器件性能的影响。研究表明,当掺入Sc的摩尔分数从0增加到25%时,压电应力系数e₃₃增加、刚度 下降,导致Al₁-_xSc_xN压电薄膜的机电耦合系数 从5.6%提升至15.8%,从而使HBAR器件的有效机电耦合系数 提升了3倍。同时,当Sc掺杂摩尔分数达25%时,Al₁-_xSc_xN(x为Sc掺杂摩尔分数)压电薄膜的声速下降13%,声学损耗提高,导致HBAR器件的谐振频率和品质因数降低。     

基于激光测距的机载光电成像系统目标定位

针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题，设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利用机载光电侦察平台锁定跟踪目标的特性，对同一目标多次测量，采用激光测距装置获取目标与载机间的距离信息。根据WGS-84定义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方程的非线性，利用扩展卡尔曼滤波对目标位置进行估计。该定位方法精度只受到GPS接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响，目标定位误差与机载光电侦察设备视轴指向测量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光测距系统位置误差对目标定位的影响，结果显示该算法定位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性，在飞行高度8 000 m时，目标定位精度优于8 m。相比于传统定位算法，该方法可将定位精度明显提高。同时此定位方法易于部署，可操作性强，具有较大的应用价值。     

纯碱生产中重碱洗涤工艺改进及洗涤液循环利用

纯碱是我国重要基础化工原料,目前纯碱的年产量已达3000万t.在工业制造向高质量发展的大趋势下,纯碱生产必经过绿色节能之路.利用氯化钠为原料的索尔维工艺生产纯碱,需要对碳化塔出料的重碱洗涤除去杂质.洗涤工艺导致纯碱的损失一般在3％左右.本文针对重碱洗涤存在的损失问题,提出并验证了利用饱和碳酸氢钠溶液洗涤重碱的新工艺,实验洗涤结果表明纯碱含盐量由1.88％降至0.26％,达到了纯碱一类优国标.并且通过分段收集洗涤滤液,将滤液循环作为碳化塔的进料.     

红外探测器星上大范围高分辨率测温系统

为实现红外探测器星上大范围高分辨率测温从而提升温度控制的稳定性和成像质量,针对传统测温系统不能兼顾大范围与高分辨率两种特性的缺点,研究设计了红外探测器星上温度测量系统。通过全温区分档以及档位自动切换功能实现大范围、高分辨率的温度测量。实验结果表明,该红外探测器星上温度测量系统对星上70～260K的大范围温度进行测量,测量分辨率平均为9.1mK/码,最高可达7.6mK/码,较以往的测温系统分辨率提升了一个量级,满足红外探测器的星上测温要求。     

多功能天文经纬仪光轴指向变化实测与修正

光轴指向变化是地面天体测量误差最大来源之一,对光轴指向变化进行准确测量和修正是获取高精度天体测量数据的必要前提。针对云南天文台多功能天文经纬仪高精度时纬测量工作的需求,分析和测定了光轴指向变化对时纬测量的影响。首先,介绍了多功能天文经纬仪实时测定光轴指向变化的原理和方法,然后对望远镜光轴指向变化进行了实时测定和分析。实验结果表明,由于镜筒受重力的影响,相较于测时结果而言,光轴指向变化对测纬结果的影响更大。在天顶距为55°时,最大可以达到2.5″。经过光轴指向变化修正后,测纬精度由1.37″提高到了0.36″,测时精度由0.033s提高到了0.023s。通过分析光轴指向变化的实时测定结果可以看出时纬测量精度有了显著改善,基本满足高精度天体测量需求。     

利用菊池衍射花样鉴定晶体结构的方法研究

电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction, EBSD)是研究材料显微结构的重要手段之一, 通过EBSD获取的菊池衍射花样是材料内部微观晶体结构的直观反映。本研究通过识别菊池花样中的对称轴, 结合晶体对称定律, 提出了一种利用菊池花样进行晶体对称性分析和晶体结构鉴定的方法。通过该方法成功对三个未知样品的对称性和晶体结构进行了判断。其中一个样品确定到所属晶系, 另两个样品锁定到部分点群, 通过确定晶系和点群排除了部分不符合对称性的相鉴定结果。研究结果表明, 利用菊池花样进行对称性分析是判断晶体结构的有效方法。同现有方法相比, 菊池衍射花样法大大缩小了相鉴定的检索范围, 显著提高了相鉴定的准确性和可靠性, 是一种有望用于新一代EBSD设备的标定技术。