高空飞艇螺旋桨车载试验系统设计与验证

针对高空飞艇螺旋桨低雷诺数高马赫数的气动特性,设计了一种车载试验测控系统,将螺旋桨、电机、电源和测控设备等安装在运输车上,通过改变螺旋桨试验海拔高度改变试验环境大气参数,得到不同密度下的螺旋桨性能。该测控系统使用一种组合式传感器天平,利用基于虚拟仪器的LabVIEW开发软件实现了试验数据采集和仪器控制,并根据车载试验的特点提出了车载试验的数据处理方法。通过对比分析车载试验的结果和CFD计算数据可知,二者基本吻合,从而验证了高空飞艇螺旋桨车载试验测控系统的可行性。     

临近空间飞行器的自适应积分滑模容错控制

为提高临近空间飞行器的安全性和可靠性,针对飞行器中未知的执行器故障,提出了一种自适应积分滑模容错控制方法。设计积分滑模面,使滑动模态运动起始于系统的初始状态,进一步增强系统的鲁棒性。构造自适应滑模容错控制律,处理执行器故障的影响。在自适应律中定义一个非线性函数,利用积分滑模面的动态变化检测故障的发生,并激发自适应律实现控制增益的自动调整。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的渐近稳定性。仿真验证在临近空间飞行器的纵向动力学模型上进行,结果表明该方法具有期望的容错跟踪性能。     

考虑刀杆柔性的铣削过程动力学模型

针对目前数控加工中心整体刚性较好的特点,首先提出一种新的适合于长径比（长度和直径之比）较大的立铣刀铣削过程动力学模型,然后基于力学变分原理建立了该模型的振动微分方程并且给出广义力和位移的边界条件;最后对给定铣削力条件下刀杆的动力响应进行了计算机仿真．为后续的动态铣削过程仿真以及加工表面形貌预测奠定了基础．     

考虑刀杆柔生的铣削过程动力学模型

针对目前数控加工中心整体刚性较好的特点,首先提出一种新的适合于长径比（长度和直径之比）,较大的立铣刀铣削过程动力学模型,然后基于力学变分原理建立了该模型的振动微分方程并且给出广义力和位移的边界条件,最后对给定铣削力条件下刀杆的响应进行了计算机仿真,为后续的动态铣削过程仿真以及加工表面形貌预测奠定了基础。     

考虑生物膜活性的兼性塘动力学模型

关于兼性塘的大部分文献仅认为悬浮性微生物为基质去除的主要微生物．本文表明了在兼性塘的壁和底部生长的生物膜对基质去除的重要性．建立了表性塘中包含悬浮性和生物膜微生物的基质降解模型,利用该模型能够预测出水中生物化学需氧量（BOD5）。     

考虑生物膜活性的兼性塘动力学模型

关于兼性塘的大部分文献仅认为悬浮性微生物为基质去除的主要微生物，本文表明了在兼性塘的壁和底部生长的生物膜对基质层除的重要性，建立了兼性塘中包含悬浮性和生物膜微生物的基质降解模型，利用该模型能够预测出水中生物化学需氧量（ＢＯＤ３）。     

考虑产品质量控制的供应链契约模型

针对考虑企业质量决策的供应链协调问题,构建了供应链质量管理非合作博弈模型,在模型中引入产品合格率及检测水平两变量.研究了在集中决策下实现供应链协调的最优产品合格率与最优检测水平;在分散决策下,证明了在考虑产品质量控制时不同契约在供应链协调中的有效性,结果表明收益共享契约、回购契约及售后担保三种契约均能实现供应链协调,产品合格率与检测水平对契约协调能力有着显著影响.并通过算例验证所得结论的有效性和可行性.     

考虑非设计工况的螺旋桨优化设计方法

为提高螺旋桨的性能,研究了考虑非设计工况时螺旋桨效率的优化设计方法。以母型桨设计进速周围多个进速点对应的敞水效率为目标函数,以螺距比的径向分布为优化变量,以推力、扭矩和空泡性能为约束条件建立优化数学模型。通过对不同工况的效率值设置权重并进行加权求和的方法,将多目标优化模型转变为单目标优化模型,利用面元法求解螺旋桨的水动力性能,应用柏利尔商船限界线表达空泡性能,基于简单遗传算法对模型进行求解,得到了优化后的螺旋桨螺距比的径向分布,将考虑非设计工况与考虑设计工况下的优化结果进行了对比。对比结果表明,由于船舶航行时航速的变化,仅考虑设计工况下进行螺旋桨优化往往达不到预期的节能效果,需要综合考虑设计航速周围多个工况点对应的效率。     

冰临近过程中螺旋桨的水动力性能计算分析

为了研究非接触工况下的冰桨干扰水动力载荷,以粘性流体力学为基础,运用重叠网格技术,开展了冰桨干扰的定常计算方法的研究。首先,通过与实验结果的对比,验证了方法可行性;其次,基于重叠网格技术,研究了干扰冰运动到不同空间位置时,螺旋桨水动力性能的变化趋势和规律;计算时,各计算域均采用切割体非结构化网格,各域之间通过重叠网格的嵌套进行数据的传递。为了更好地捕捉桨前流场的细节,在冰桨间隙处进行了多层网格的局部加密,同时结合SSTk-ω湍流模型进行冰桨近场水动力计算。总结出冰对螺旋桨的影响是由冰在桨前产生的干扰伴流区域位于桨盘面以内的面积以及与桨的相对位置共同决定的。计算结果具有一定的可靠性,可为冰区螺旋桨的设计与性能计算提供参考。     

考虑空间约束的舰载机作业调度模型研究

舰载机的舰面调度是受空间限制的多任务复杂问题,是舰船完成作战效能的重要保证.本文分析了舰载机作业的基本流程以及甲板空间因素对舰载机作业的影响,将舰载机及其相关作业的调运空间和作业空间定义为资源,利用多模式资源受限项目调度问题研究方法,建立了资源受限舰载机机群调度数学模型.基于启发式算法完成了舰载机作业调度计划求解算法设计,并对给定算例进行求解.实例研究结果表明,该模型和算法可以为舰载机作业调度规划提供技术支持.     

空间太阳能电站及其动力学与控制研究进展

太阳能是丰富、清洁、可再生的能源,其大规模开发有望缓解世界能源短缺和环境污染问题.由于太空中太阳能的能量密度高、不受天气和昼夜的影响,在太空中建造太阳能发电站是未来进行大规模太阳能发电的重要手段.然而,由于空间太阳能电站超大、超柔、长时间运行、需要高精度指向等特点,使得其动力学与控制问题成为学术界和工程界共同面临的难题.为了加深对空间太阳能电站及其动力学与控制的认识,简要介绍了空间太阳能电站的提出背景,回顾了空间太阳能电站的发展历程,综述了目前国内外主要的空间太阳能电站概念设计方案.最后总结了空间太阳能电站在轨服役阶段的动力学建模方法、复杂太空环境影响分析、数值仿真分析、轨道与姿态控制和结构振动控制等研究现状.研究表明,目前对空间太阳能电站动力学与控制的研究仍然处于起步阶段,其动力学模型主要集中在刚体、梁、板等简单的动力学模型,缺少更能真实反映空间太阳能电站在复杂太空环境下动力学行为的模型.在控制方面,目前的研究主要对空间太阳能电站的轨道、姿态和结构振动分别进行控制,忽略了三者之间的耦合影响,而进行轨道-姿态-结构振动协调控制的研究尚不充分.基于此给出了几点空间太阳能电站动力学与控制未来的发展方向.     

考虑飞轮动力学的过驱动卫星控制分配算法

针对具有冗余飞轮的过驱动卫星的最优控制分配问题,以反作用飞轮总能耗和力矩分配偏差最小等为目标,通过定义与能耗相关的优化目标函数,提出了能耗/力矩优化的动态控制分配方法,并考虑飞轮的非线性动力学特性,对控制分配进行修正.最后对本文提出的控制分配算法进行了数学仿真验证,结果表明了上述方法的可行性和有效性.     

临近空间飞行器预警能力分析

预警系统是现代一体化作战的重要组成部分,在制空与防空作战中都发挥着举足轻重的作用。自美国空军“施里弗-3”演习中首次把临近空间引入了作战视野,该区域正成为各国研究的热点。通过分析预警卫星、预警机及预警雷达预警能力,研究临近空间飞行器预警的优势,并以仿真手段对比4种预警方式在同一任务的预警效果,验证了临近空间飞行器用于预警具有广阔的应用前景。     

临近空间系统效能分析研究

临近空间是目前的一个研究热点,构筑并分析临近空间系统是该领域发展的必然趋势。而临近空间系统所涉及的因素很多,分析也比较复杂,综述了临近空间环境特征及其对临近空间系统的影响,从平台、载荷、指挥控制以及应用系统4个方面对临近空间系统进行了分析,在此基础上对临近空间系统能力进行探索性研究,以期为临近空间系统研究及其评估提供支持。     

基于临近空间的预警系统建设研究

针对来自空、天两个层面的强大威胁,仅依靠现有的预警手段和系统很难有效应对.通过分析空天一体信息作战的威胁与现状,阐述了临近空间特性并分析了在临近空间部署预警系统的优势：对上可以弥补天基系统,对下可以填补空基系统和陆基系统的缝隙,且可控性强.最后就作为临近空间防空预警系统、区域战场侦察监视系统、指挥通信系统以及集成临近空间电子对抗系统等提出了发展临近空间预警系统建设的建议.     

结构——设备体系空间动力学模型建模

工业结构和工业系统的抗震性能分析是近年来地震工程研究中的一个新方向，针对结构－设备体系动力相互作用中存在的问题，本文重点研究了空间结构－－设备体系的动力学模型。文中，以考虑有势力的拉格朗日方程为工具，具体给出了层间剪切型体系的动力方程矩阵表达式，并将模型计算结果与实验结果进行了分析对比。     

结构──设备体系空间动力学模型建模

工业结构和工业系统的抗震性能分析是近年来地震工程研究中的一个新方向，针对结构一设备体系动力相互作用中存在的问题，本文重点研究了空间结构──设备体系的动力学模型。文中，以考虑有势力的拉格朗日方程为工具，具体给出了层间剪切型体系的动力方程矩阵表达式，并将模型计算结果与实验结果进行了分析对比。     

自由飞行空间机器人的动力学控制及其仿真

基于动量守恒定律和拉格朗日方程,建立了卫星姿态不受控时自由飞行空间机器人(FFSR)的动力学模型,提出了位置调节与轨迹跟踪的动力学控制方法并用计算机仿真验证了所提出的控制方法的有效性。     

考虑非线性模型不确定性的航天器自主交会控制

考虑航天器交会模型不确定性的问题,提出基于一般非线性相对运动方程的自适应控制策略. 针对复杂非线性系统中由外部扰动及目标星轨道参数引起的线性与非线性不确定性问题,通过自适应神经网络对模型结构进行参数化近似. 结合自适应反推技术和李雅普诺夫稳定方法进行自适应控制器设计,能够实现控制目标,保证所得闭环系统的渐近稳定性. 为了探究同时存在模型不确定性和输入约束的情况下航天器相对运动的自适应控制设计,提出辅助控制系统来分析和解决输入约束的影响. 针对相对运动提出的自适应控制策略保证了闭环系统的稳定性,使得模型未知参数的自适应估计满足最终一致有界性. 对不同案例分析比较的数值仿真结果验证了提出控制方法的有效性.     

考虑电压控制的信息物理协同攻击模型

随着电力信息物理系统的高度融合,信息物理协同攻击对电网的运行构成巨大的威胁。基于完全信息下的攻防策略,构建了考虑电压控制的两阶段协同攻击模式。首先分析了针对电压控制的虚假数据注入攻击;然后建立了信息物理协同攻击双层优化模型,上层模型优化物理和信息攻击点;为考虑物理攻击后果对信息攻击实施的影响,下层为模拟物理和信息攻击下的二阶段攻防模型;最后,以改进的IEEE14、IEEE57节点系统为例,对所提模型进行仿真验证。仿真结果表明,协同攻击较单一打击更加有效、隐蔽,物理攻击点的选择和系统负荷的大小都能影响协同攻击的效果;并揭示了随机物理打击下最优信息打击点的特征,为防御此类协同攻击提供参考。