超空泡航行体LPV控制设计

超空泡航行体在巡航阶段,只有头部的空化器和后面的尾舵与水接触。空泡的存在使得航行体与外界的相互作用变得十分复杂。首先将非线性滑行力改写成时变参数与状态向量乘积的形式,从而把非线性模型转化为系统矩阵仿射依赖于时变参数的线性系统模型,然后运用线性变参数(Linear Parameter-Varying,LPV)方法设计了控制器。最后利用matlab软件的LMI工具箱解算控制器参数。仿真结果表明,设计的控制器可以使航行体能够准确跟踪给定的控制指令。     

超空泡航行体绝对稳定控制设计

超空泡航行体在巡航阶段,只有头部的空化器和后面的尾舵与水接触。空泡的存在使得航行体与外界的相互作用变得十分复杂。在竖直面内,航行体尾部与空泡壁的上下尾拍作用具有强烈的非线性,并且滑行力幅值极大。除此之外,弹体外表与水的分离也使其控制环境变得极为恶劣。借鉴backstepping思想,首先将原系统变成具有Lure反馈连接的子系统级联的形式,再利用Lyapunov函数设计状态反馈控制器,通过引入滑行力非线性特性的扇形域条件,将控制器的约束条件转换成线性矩阵不等式(LMI)的形式,利用matlab软件的LMI工具箱解算控制器参数。仿真结果表明,设计的控制器及补偿器可以实现航行体绝对稳定意义上的定深控制。     

一种小型水下高速运动体的自主测速方法

针对水下高速运动体自主测速困难的问题,基于涡轮转速与运动载体速度在一定范围内的线性关系,提出一种适用于小型水下高速运动体的自主测速方法.建立了基于力矩平衡的涡轮转动黏性数学模型,给出了模型求解方法,计算并获得了理论曲线.设计制作了原理样机,在高速水洞中进行了模拟实验.结果表明:在实验段测速线性度误差为3.89％,初生空化数约为1.02,在水下1 m以下环境,测量30节(55.56 km/h)以内的速度不会发生明显空化.该方法经初步验证切实可行.     

超空泡航行体尾部流体动力特性试验模型支撑方式的选择研究

在水洞中进行了尾支撑、腹支撑和头支撑3种支撑方式的模型试验,以探索对于超空泡航行体尾部流体动力特性研究比较好的支撑方式。试验发现,尾支撑模型的尾部支撑杆对空泡形态有引导作用,因此改变了空泡尾部形态。腹支撑模型的支撑键会阻碍空泡越过,对空泡形态破坏较大。而头支撑模型则避免了上述问题,试验得到的空泡形态以及与之相对应的流体动力曲线较为合理,因此比较适合超空泡尾部流体动力特性的研究。     

水下航行体的超空泡形态及减阻特性仿真分析

应用流体力学知识,以鱼雷为研究对象建立数学模型对其水下航行规律进行仿真分析。考虑不同空化器时下潜速度和通气量对航行体的超空泡形态及减阻特性的影响,分析结果表明:航行体在水中运动时所受的总阻力与运动速度成正比;在不同空化数下,临界通气量时航行体的总阻力最小。     

基于C#的AUV控制软件的设计与实现

介绍了用于水下自主机器人(AUV)航行的控制软件的设计与实现.该软件是基于C#在Visual Studi0 2005.NET环境下,运行于Windows操作系统下的程序,使用Serial Port类实现串口通信功能,可以有效控制AUV的前进、后退、左转、右转、自主航行、预编程模式航行等,并在数据处理后将AUV状态及航行轨迹显示到界面上.试验表明,该控制软件达到了预期效果.     

自振喷嘴空化起始能力实验研究

利用瞬态流和水声学原理设计研制了自振空化喷嘴,实验研究了该喷嘴的空化起始能力,并与锥形喷嘴进行了比较。结果表明,在更深的井底或更高的围压条件下,自振空化喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的起始空化数和更强的空化起始能力,最大达1.67,而锥形喷嘴的最大起始空化数仅为0.54。现场试验证明,自振空化喷嘴钻头对提高机械钻速具有更显著的作用。     

围压下自振喷嘴空化起始能力试验及应用研究

开展喷嘴空化起始能力研究,对增大射流破岩效果,提高深井钻井的速度具有非常重要意义。利用瞬态流和水声学原理设计研制了自振空化喷嘴,通过试验研究了该喷嘴的空化起始能力,并与锥形喷嘴进行了比较,结果表明在更深的井底或更高的围压条件下,自振空化喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的起始空化数和更强的空化起始能力,最大起始空化数达1.67,而锥形喷嘴最大值仅为0.54。现场试验也证实了自振空化喷嘴钻头在增加进尺、提高机械钻速方面有更显著作用。     

大行程精密定位超磁致伸缩驱动器的设计与控制

实现一种新型的固态智能材料驱动大行程精密驱动器的设计和控制。基于超磁致伸缩驱动原理和柔性铰链放大机构,采用非永磁和永磁偏置驱动器粗—精驱动组合设计,研制大行程精密超磁致伸缩组合驱动器。建立永磁偏置下的电磁、永磁复合磁场激励的驱动器位移控制系统传递函数模型,实现了粗、精分级精密定位控制方法。实现一套超磁致伸缩组合驱动器原型样机,并进行了精密定位驱动试验验证测试。试验结果证明系统模型的准确性和控制方法的有效性,样机驱动行程可达0.71 mm。并测得在温升负效应情况下,控制行程在0.6 mm范围内,所设计超磁致伸缩组合驱动器位移分辨率为±30 nm,驱动位移精度达±90 nm。研究成果可广泛用于基于固态智能材料驱动的大行程精密驱动装置的设计和实现。     

超硬涂层材料滚动接触疲劳试验机的研制

在总结分析目前国内外表面超硬涂层零件接触疲劳失效行为评估技术的基础上,依据超硬涂层零件接触疲劳失效机制模型,自主研制了一种超硬涂层材料滚动接触疲劳试验机。介绍了该试验机的设计原理和特殊功能,采用该试验机对51306纳米超硬材料涂层轴承滚动接触疲劳失效行为进行了试验评定。试验证明所研制的超硬涂层材料滚动接触疲劳试验机智能检测控制系统能够动态探测诊断涂层轴承表面初始疲劳裂纹并实现急停,可捕捉试验轴承表面疲劳初始状态,为超硬涂层零件接触疲劳失效机制分析提供可靠的试验依据。     

折叠变体飞行器风洞试验模型设计与可靠性分析

特种高速风洞试验模型设计一直是风洞试验领域的难点问题.针对某变体飞行器高速风洞试验任务提出的运动性能指标,设计开发了可控的折叠变体试验模型,对其设计方案及工作原理进行了阐述,并对传动机构进行了优化设计,而后对传动机构进行了可靠性分析与计算.结果表明该试验模型能够对机翼折叠变体角度进行连续、稳定和精确控制,完全达到了设计要求的各项指标.     

气缸双应力恒加试验的优化设计

基于三个未知参数的加速方程,在假定产品寿命服从两参数Weibull分布的条件下,以正常应力水平下特征寿命的极大似然估计(Maximum likelihood estimation, MLE)渐近方差最小为设计原则,建立气缸双应力恒加试验优化模型,设计优化方案;分别选择传统方案与优化方案实施双应力加速寿命试验,根据传统方案和优化方案理论,确定加速应力谱及试验条件矩阵;做了各组应力下参数估计与评价,通过试验数据验证,证明此方案在不影响统计精度的前提下,精确地复现了正常应力下气缸寿命的各项指标,有效地缩短了试验周期,降低了试验成本。     

基于LXI总线的网络化ATS设计与实现

提出一种基于LXI总线的测试系统设计方案，建立了基于LXI总线的网络化自动测试系统测试平台。利用基于组件技术的功能接口模型对系统平台体系结构、系统功能组件实现等关键技术进行了研究。     

GNSS载波环中环路增益的自适应调节研究

传统的GNSS(global navigation satellite system)软件接收机中,载波环路的环路增益是固定的,无法兼顾信号变化时的快速锁定和信号跟踪时的稳定输出2种不同需求。提出了一种基于自适应增益控制方法的载波环路设计方案,建立了一套环路增益控制模型,并给出了相应的数学定义。通过仿真分析,该方案能够有效地提升载波环路的暂态响应特性。最后通过软件接收机平台的实际验证,证明该方法能够在信号频率误差较大时实现快速锁定,当信号跟踪上后又能够提高输出信号的稳定性,从而在接收机的动态性能和噪声性能之间实现了较好的平衡。     

汽车液压减振器抗异响稳健性设计

通过减振器台架试验对某双筒液压减振器仿真模型进行了置信度检验。以能表征异响程度的杆端加速度时域峰、谷值绝对值之和为目标函数,基于高精度仿真模型对19个设计参数进行了灵敏度及影响规律分析,在此基础上对灵敏度较大的11个参数进行了稳健设计,得到了信噪比最大、稳健性最好的最优参数组合。应用方差分析区分了设计参数对信噪比的显著程度,进一步调整对信噪比不显著但对目标函数较敏感的参数取值,最后通过台架试验进一步确认了最优方案,为其他类型减振器抗异响设计提供参考。     

桥式起重机轻量化主梁结构模型试验研究

针对桥式起重机主梁的轻量化设计方案对主梁强度、静态刚度的影响问题,基于相似理论和弹性静力学,采用方程分析法推导出原型主梁与相似主梁应力场相似的相似准则。依据主梁结构形式及受力特点,设计切实可行的主梁结构模型试验方案,开展轻量化主梁结构模型试验研究。结果表明,轻量化主梁在跨中截面腹板下半部分的弯曲正应力有一定程度的增加,腹板上半部分的弯曲正应力(绝对值)有小幅度下降;轻量化主梁在跨端截面的切应力增加幅度较大;轻量化主梁的最大挠度有所下降。依据《起重机设计规范》对轻量化主梁进行强度和静态刚度校核。在满足主梁强度、静态刚度要求的前提下,周期性去除腹板上的部分材料实现主梁轻量化设计具有一定的可行性。     

基于改进遗传算法的方案组合优化设计

建立了方案组合优化教学描述,提出了一种基于改进遗传算法的产品方案优化设计模型,实现了该改进算法,并成功地应用于多功能输出变速箱的方案优化设计,获得了方案的最优解。     

负流量阀、变功率阀集成设计与应用

针对负流量控制轴向柱塞泵,介绍一种负流量阀与变功率阀的集成设计,能有效提高液压泵的功率重量比、降低制造成本、提高响应时间、增强产品可靠性。文中详细介绍了液压泵的工作原理、集成设计方案、建立数学模型计算和AMESim仿真,并通过样机试验验证其设计的可行性。     

双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的仿真和实验研究

提出了一种基于双变量直驱泵控马达容积控制的绞车型升沉补偿系统。建立双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的模型试验台,介绍其测控系统的组成和控制器的设计。利用AMESim软件建立试验台的仿真模型。通过仿真和模拟试验研究,对双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的补偿效果进行分析。仿真和试验结果表明,该型补偿系统可以实现升沉补偿的功能。证明了该绞车型补偿系统的方案是可行的,但是补偿性能还有待进一步提高。     

在轨光学相机探测图像数字仿真系统设计与实现

根据在轨光学相机测量原理与工作环境,建立了空间目标相对运动学与反射光学特征模型、相机成像模型以及背景恒星成像模型;分析了相机测量噪声及相机探测灵敏度并在仿真中考虑了对干扰因素成像质量的影响,完成了现有星表中背景恒星的视星等根据相机的探测波段范围进行了仪器星等的等效计算,以提高仿真图像的逼真度;根据相机工作原理设计了仿真流程,应用Visual C++与Open GL技术完成了仿真软件的实现。