自校正PID调节器在固体火箭发动机磁悬浮试验系统中的应用

本文首先介绍了固体火箭发动机磁浮试验系统的工作原理,然后用自校正PID控制算法实现对磁浮轴承的控制,并采用递推最小二乘估计法估计磁浮试验系统参数,依据估计出的系统参数设计PID控制器参数,克服系统参数的变化对控制系统的影响,实现了磁浮转子的稳定悬浮,最后与常规的PID控制遗行了比较.     

基于时变NARMA模型的非线性时变系统辨识

在非线性自回归滑动平均模型NARMA(Nonlinear Auto Regressive Moving Average)中引入时间变量,将其扩展为时变NARMA模型,用Taylor展开将模型中的非线性函数展开为关于输入输出的多项式,得到关于参数线性时变的多项式形式的时变NARMA模型,再用基序列拟合模型的时变参数得到关于参数线性时不变的模型,最后用递推最小二乘法估计模型参数。仿真算例证明,与小波网络方法相比,辨识精度高,计算量小。     

基于前向神经网络的时变非线性结构系统辨识快速递推最小二乘法

针对基于前向神经网络的普通递推最小二乘估计存在着自适应跟踪慢和精度低的问题，提出了一种可对非线性时变系统进行快速辨识的新方法，因该方法有类似递推最小二乘算法的形式，称其为基于前向神经网络的快速递推最小二乘算法。该算法对传统的递推最小二乘算法的递推方式进行了改变，以更好的跟踪非线性时变系统的动态特性。针对典型的系统辨识仿真算例，通过与现有常用方法的比较研究显示了这种算法具有计算简单、收敛速度快和辨识精度高的良好性能。最后将方法用于一个三自由度时变非线性振动系统，结果同样验证了方法的良好特性。     

基于自校正PID控制的智能悬臂梁振动控制

摘　要：由于智能结构的工作环境变化多端,各种性能参数会随着环境变化而变化,先前建好的模型不再适应设计好的控制律,本文应用压电双晶片的驱动传感一体化的特性,实现了智能悬臂梁的自适应控制研究。基于极点配置理论,采用了自校正PID控制方法在线实时设计了控制参数,解决了模型参数无法实时更新进而导致的控制精度低的问题。通过MATLAB的SIMULINK的数值仿真,得出了自校正PID控制方法在实现智能结构自适应振动控制中是可行的结论,并且通过搭建实验平台进行实验验证;利用压电双晶片的驱动传感特性,使智能悬臂梁的自由振动得到了有效控制。因此,基于自校正PID控制方法,采用压电双晶片对智能结构吸振减振提供了理论与实验的研究基础。     

激光内径测量系统参数校正及算法优化

基于激光位移扫描的大尺寸内径测量系统中,测量数据存在多个系统误差参数并易受到粗大误差的影响.在分析该系统工作原理的基础上,分析了测量传感器安装倾斜误差和回转臂偏心误差,并提出了相应的校正补偿方案.针对动态测量、管壁划痕、斑迹等引入的粗大误差对测量数据的最小二乘圆拟合精度影响较大的问题,提出了一种剔除粗大误差的方法:根据最小平方中值法构建基准圆,剔除孤立点,再用最小二乘法拟合,实验结果表明该算法的精度优于直接最小二乘法5倍.     

HVAC系统的模糊预测函数控制器设计

针对暖通空调HVAC系统中由于存在高度非线性、时变特征以及扰动和不确定性等因素而难以控制的特点，提出基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型的预测函数控制器设计方法。该方法通过最小二乘辨识算法建立系统的模糊T-S模型，然后基于模糊全局线性化预测模型，采用预测函数控制算法设计系统控制律。仿真实验结果表明该算法是一种跟踪性能好、鲁棒性强的有效控制方法。与常规的PID控制器相比，该方法具有超调量小、调整时间短等优良的动态性能。     

传感器冗余的磁悬浮轴承转子系统研究

构建了传感器冗余的磁悬浮轴承转子系统,建立了基于ADAMS和MATLAB的系统五自由度仿真模型,并进行了联合仿真,分析了系统运行过程中传感器位置的改变对系统动态性能的影响。编写了基于TMS320F28335 DSP的不完全微分PID和模糊PID控制程序,设计了传感器故障诊断方法,通过人为切断某一传感器的方式在试验台上进行了试验验证。研究结果表明,在转子运行过程中,某一传感器失效后,系统仍能安全稳定地运行。     

应用最优化方法辨识指数自回归模型

本文研究应用非线性最优化原理辨识指数自回归模型的方法，以Ｎｅｗｔｏｎ一维搜索和线性回归法为基础，提出一种改进的坐标轮换算法，交替地估计模型的线性和非线性参数。实例表明，该算法对指数自回归模型具有良好的辨识效果。     

低轨卫星精密定轨算法研究及初步结果分析

卫星的精密定轨指的是从观测数据中获取指定预报开始时刻的高精度参数轨道。由于GPS观测数据中不可避免的带有随机误差和系统误差等非线性影响因素,因而不可能确定一条能够精确地拟合所有观测值的轨道,所以需要利用大量的观测数据使用统计学原理对航天器轨道状态进行估计。本文以低轨卫星为研究对象,分析了精密定轨的基本理论方法,包括摄动力模型以及最小二乘估计法。最后分别通过批处理和递推算法对GRACE-A卫星数据进行计算,实现了低轨卫星的定轨,并达到了一定的精度。     

新型磁悬浮转子系统的专家PID控制研究

介绍一种新型磁悬浮轴承的工作原理,并且利用动力学和电磁学原理建立磁悬浮轴承系统的数学模型,讨论了刚度阻尼和控制系统的关系,通过此关系确定了常规PID的控制参数。利用常规PID的3个参数作为专家PID控制器的初始参数设计了专家PID控制器,并在磁悬浮轴承平台上进行了实验。实验结果证明此新型磁悬浮轴承控制系统在专家PID控制器的作用下能够快速、稳定悬浮,性能良好。     

Failure Mode Avoidance of Solid Rocket Motor Pressure Monitoring Joint Seals

The sealing joints used for pressure monitoring of solid propellant rocket motors (SRMs) of launch vehicles are very critical, as they are large in number, and leak through any of them is a single point failure mode. Identification of failure modes and its prevention is the key for reliable performance of an SRM. Failure modes are identified and the failure mechanisms of different seals in the pressure monitoring system studied through investigative tests with deliberately induced variations in the design parameters and nonconformance. Systematic analysis is carried out for the proposed designs through a failure mode effects analysis (FMEA), failure modes ranked in accordance with Risk Priority Number (RPN) and reliability of the joints worked out from the data. Design concerns are analyzed, alternate designs explored and innovative design solutions evolved. The effectiveness of the final design is brought out quantitatively by reduced RPN ratings and quantum jump in the reliability. Critical design, process and quality control parameters were identified, and procedures to ensure them evolved for failure mode avoidance.     

装药缺陷对固体发动机性能影响的实验分析

在积分形式 N-S 方程基础上, 建立了固体火箭推进剂裂纹燃烧过程的理论模型, 对含装药裂纹的翼柱固体火箭发动机内流场进行了数值模拟, 分析了推进剂中裂纹大小、位置、角度等多种因素对发动机内流场的影响, 为评估固体发动机含缺陷装药燃烧安全性提供了实验依据和分析方法.     

基于微波CT的固体火箭发动机燃面退移动态测试方法研究

现有的X射线、超声等无损检测技术受检测工艺、设备安装、检测效率等限制,无法实现固体火箭发动机燃面退移过程的动态测试需求.本文研究了一种微波CT检测燃面退移的方法.根据微波CT成像原理,将天线等角度间隔分布于固体火箭外壳表面,建立燃面退移变化的数学模型.考虑到微波是以曲线形式传播的,不能使用传统的射线CT重建的直线投影矩阵刻画方法.因此根据微波传播路径,完成微波CT重建的投影矩阵刻画,并根据各个微波天线测量值,利用改进的ART-TV算法重建燃面退移变化的动态图像.仿真结果表明,本文研究的微波CT成像方法可以有效表征固体火箭发动机燃面退移变化,并且利用改进的ART-TV算法重建得到的直径为39～159 mm的燃面重建误差小于1 mm,可为后续实验测试系统的设计及验证提供理论支撑.     

固体火箭发动机粘接界面湿热老化实验

对固体火箭发动机粘接界面试验件进行了不同湿热条件下的加速老化试验,并测量了不同老化时间粘接界面的扯离强度,描述了湿热老化试验和性能测试中的试验现象,结合复合材料微粘接结构吸湿规律对试验现象和撤离强度随老化时间变化曲线进行了分析。研究结果表明:衬层-推进剂粘接界面是固体火箭发动机粘接结构中最薄弱环节,应予以重点考虑;湿热老化促进了环境水分从衬层–推进剂界面向推进剂内部的扩散和渗透,致使弱边界层向推进剂内部扩展,导致了衬层-推进剂界面粘接强度的降低。试验件平均扯离强度随老化时间呈下降趋势,中间有一个强度趋于稳定的平台期。      

固体火箭发动机燃烧室壳体纤维缠绕模具设计

介绍一种固体火箭发动机燃烧室壳体纤维缠绕芯模的设计.这项工作的目的在于提供一种可重复使用的纤维缠绕芯模.它采用的方法是钢模分瓣法.这种芯模的关键技术是芯模的组装和脱模.这项工作的意义在于提高纤维缠绕固体火箭发动机燃烧室壳体的比强度,节约生产成本,提高工作效率.     

基于形态学和Otsu的固体火箭发动机CT缺陷三维分割

为了能够准确判别固体火箭发动机内部缺陷的性质和可能对发动机造成的危害,需要从三维空间的角度来观察分析.在传统的缺陷分析中,主要是通过观察CT的二维切片序列图像以及对二维图像的主观分析去发现缺陷体.为了对缺陷体进行更为准确、立体地分析,提出对固体火箭发动机工业CT三维体数据进行处理.首先,通过结合形态学和Otsu阈值分割方法对缺陷进行分割和提取;然后,重构出缺陷体三维体数据;最后,对体数据进行三维可视化显示.实验结果表明,该方法能有效、准确地分割和提取固体火箭发动机三维CT图像缺陷,具有较强的鲁棒性.     

Ablation Performance of Carbon/Carbon Composite Throat after a Solid Rocket Motor Ground Ignition Test

The ablation performances of a fine-woven, pierced carbon/carbon (C/C) composite throats for solid rocket motor were investigated by a ground ignition?test. The ablation surface morphologies of three regions (entrance, throat and exit) of the throats were examined in detail by scanning electron microscopy. The results show that the C/C composite throats retain smooth inner surface, experiencing ablation rates of 0.142–0.146?mm/s under a pressure of about 6.0?MPa. But ablation morphologies of the three regions are different, due to the continuously changing of temperatures, velocities, and oxidant concentrations of combustion gas plume.     

3D C/SiC复合材料喷管在小型固体火箭发动机中的烧蚀规律研究

采用小型固体火箭发动机研究了3D C/SiC复合材料喷管的烧蚀性能,分析了3D C/SiC的烧蚀机理及燃气参数对烧蚀性能的影响.结果表明,喷管喉部线烧蚀率为0.128±40.088mm/s,质量烧蚀率为0.166kg/(m2.s);受喷管内燃气组分、温度、压强和流速等环境参数的影响,3D C/SiC的烧蚀涉及不同机理的非均匀烧蚀.喉部及其上下游过渡区域烧蚀最严重,收敛段其次,扩散段烧蚀最弱.烧蚀过程是热物理化学侵蚀和机械剥蚀综合作用的结果:涉及SiC的分解流失,SiC和碳纤维的氧化烧蚀,还涉及低速Al2O3大粒子的机械化学侵蚀,高速Al2O3小粒子的机械侵蚀等.     

碳化铪改性炭/炭复合材料喉衬的热化学烧蚀

采用小型固体火箭发动机研究了碳化铪(HfC)改性炭/炭复合材料喉衬的热化学烧蚀.借助基于最小自由能原理的NASA-CEA程序计算了燃气组成,借助化学热力学软件FactSage计算了燃气组分与碳、HfC的化学反应.结果表明,燃气中的H2O、CO2和OH是碳和HfC的主要氧化组分,使材料发生热化学烧蚀;纤维-基体界面是烧蚀的薄弱环节,烧蚀沿着界面分别向碳纤维和基体方向推进.热化学作用(氧化)造成纤维变细,顶端呈锥状,基体变薄,呈壳状.     

The Principle and FEM Compute of an Bearingless Motor with 5 - Degree Magnetic Suspension

对无轴承异步电动机的机械结构做了详细介绍,并对其进行详细的有限元计算;利用Ansoft有限元分析实验平台进行了仿真试验.结论表明该无轴承电动机系统结构紧凑、承载力大;在大功率、超高速、微型化磁悬浮系统中具有潜在应用价值和发展前景.