面向机械创新设计的概念结构模型

在机械创新设计中,结构设计是一个不同抽象层次结构的演化过程,但目前基于特征的机械结构模型还难以适应结构演化的需要。文中从结构抽象与演化特征出发,提出了面向机械创新设计的概念结构模型,将结构信息统一用逻辑方法在概念模型中表示为精调而装配模型、零件模型和几何模型则由概念模型产生。该模型所具有的动态性使其既满足多抽象层次表示机械结构的需要,又符合设计思维的要求。     

一种分布式小卫星立体阵基线误差估计方法

针对分布式小卫星立体阵中沿航向基线与垂直航向基线互相耦合及无法分别估计的难题,提出了一种新的分布式小卫星立体基线误差估计方法.在图像域,利用图像配准方法分离两类基线,并通过图像配准与子空闻分解的方法分别对两类基线误差进行估计.该方法操作简单,运算量小,估计精度达到了毫米级.     

扫描成像系统的回波信号检测方法

为实现对隐蔽性很强的、被动工作的红外系统的有效探测，讨论了光学系统的后向反射特性，提出应用单频调制的连续激光对扫描式红外热成像目标进行有效探测的新方法．针对目标回波信号特征，提出利用回波信号的相位信息，采用直接采样的数字正交检波技术实现对低信噪比回波信号的可靠检测．应用该方案对实际目标回波信号获得了满意的检测结果．     

敏捷小卫星姿态控制律和操纵律一体化设计

研究了以控制力矩陀螺(CMG)为执行机构的敏捷小卫星姿态控制系统控制律和操纵律的一体化设计.首先,采用4个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)构成典型的金字塔构型的CMG,并根据CMG的框架轴轴承会逐步退化建立CMG动力学模型.然后,基于自适应控制思想,设计控制律和操纵律一体化的控制器,同时考虑到为避免CMG奇异性影响,基于Lyapunov理论证明其组成的闭环系统渐近稳定.最后,通过建立敏捷小卫星闭环姿态控制系统对算法进行仿真验证,仿真结果表明该算法简单有效,能够实现敏捷小卫星快速姿态机动.     

面曝光快速成形系统的光学成像系统设计

为了得到曝光量均匀的工作面,满足面曝光快速成形技术的需要,提出1种对投影仪成像光路的改造方法.选择反远距光路,2次成像的光学成像系统设计方案,使用非定制镜片,设计用于面曝光快速成形系统的光学成像系统,该系统由2个组元和1个光阑构成.使用ZEMAX软件对像差进行分析,系统最大慧差值为0.08mm,最大像面畸变为1.1%,像面中心分辨率达0.05mm.该成像光学系统的设计,为低成本面曝光快速成形系统的构建提供了基础.     

小卫星PD姿态控制器IP核的FPGA实现

针对现代小卫星在姿态控制系统中对运算速度、控制精度等方面提出的更高要求,分析了利用FPGA来实现卫星姿态PD控制器的可行性,提出用输入使能端及输出标志符号对内部各计算模块进行控制以解决数据同步问题．利用硬件描述语言进行了各模块功能的实现,并最终例化为PD控制器IP核．结果表明该设计只需34个时钟脉冲即可完成姿态控制力矩的计算,控制精度达到10-5量级,速度及精度满足现代小卫星对控制系统的要求．     

面向航程能力的固体火箭发动机方案设计优化

为解决飞行器航程最优为目标的固体火箭发动机方案设计优化问题,在固定规模约束下建立了复杂三维发动机装药、壳体和喷管的几何参数化模型及推力、质量的性能模型,同时,根据助推滑翔飞行器飞行环境严酷、性能要求高等特点,建立了多约束飞行器航程能力评估模型,然后采用改进自适应Legendre-Gauss-Radau伪谱法评估当前发动机方案对应的飞行器最大航程,构建了含约束的混合整数参数优化问题。针对高耗时混合整数参数优化问题,引入Kriging代理模型,对实数型序列近似优化算法进行了调整,加入了整数约束。针对传统全局加点准则收敛速度慢的问题,提出了局部增强策略,并进行了数值验证。仿真结果表明：采用改进自适应伪谱法得到的飞行轨迹满足全部约束要求,相对于初始固体火箭发动机方案,优化后的发动机方案对应的最大航程提升了12.89%,改进算法的优化结果与遗传算法一致,但耗时函数的调用次数仅为后者的2%,且相比于传统序列近似优化算法,该算法具有一定的全局搜索能力,有效改善了收敛速度。     

小型厅堂音质设计浅析

以波动理论为依据，对厅堂内部声场加以分析，并通过工程实例，阐明小型厅堂音质设计的原则和要点。     

红外系统无热化检测仪的光学系统设计

为了检验红外导引头光学系统无热化设计的效果,采用光学检测的方法对被测系统在一定的温度范围内焦点位置的偏移进行评估.详细介绍了长波红外无热化检测仪的原理,对检测仪光学系统中的各个组成部分,包括高低温箱窗口玻璃、平行光管和红外显微物镜,进行了深入的讨论.用CODEV重点设计了一个工作在8～12μm波段,数值孔径为0.25,放大倍率为2倍,焦距80mm,全视场为12mm的红外显微物镜.最后对设计结果进行了分析,给出了系统的调制传递函数曲线和场曲畸变图,表明光学系统的像质满足使用要求.     

卫星姿态跟踪的模糊滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态跟踪问题,提出了一种模糊滑模变结构控制器设计方法。首先根据由误差四元数和误差角速度描述的跟踪误差动力学和运动学方程,设计了基于李亚普诺夫方法的滑模变结构控制律。为克服滑模控制中存在的固有的抖振问题,采用模糊控制方法设计了切换控制项。最后对卫星姿态跟踪控制系统进行了仿真研究。结果表明,在参数不确定性及外干扰存在时,所设计的控制方案在实现姿态跟踪控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的。     

卫星姿态调节的自适应滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种自适应滑模控制器设计方法.在卫星转动惯量参数存在不确定性时,设计了基于李亚普诺夫方法的自适应滑模控制律,实现了对惯量参数的实时辨识.同时为克服滑模控制中控制量存在的固有的抖振问题,又提出了采用双曲正切函数代替符号函数的控制方案.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,完成了对卫星转动惯量的辨识,并有效地抑制了外部扰动.     

海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析

针对5 MW海上风机动力响应较大的问题,提出了半潜型浮式基础的概念设计,研究了半潜式浮式基础在不同风浪环境下的运动响应和生存能力。考虑叶片空气动力载荷及风浪载荷,以及浮式基础与系泊系统的耦合,建立风机结构系统及水动力模型,采用动量－叶素理论计算叶片空气动力载荷,在频域范围内计算了载荷传递函数。计算分析浮式基础风机系统不同风浪情况下的时域动力响应,评估了半潜型浮式基础在极限海况下的生存能力。结果显示,半潜型浮式基础运动性能良好,且在极端海况下,各系泊缆安全系数均大于1．67,破损状况下安全系数均大于1．33,该浮式基础及其系泊系统具有足够的抵抗极端海况的能力。     

基于主成分分析的产品低碳包装概念设计方法

为了降低产品包装生命周期中形成的高度浪费和高碳排放,给出产品低碳包装概念设计的流程和方法,讨论低碳包装概念设计的准则和边界,以防护性、销售性、低碳性和经济性的综合优化准则为约束,建立产品低碳包装概念设计参数的主成分模型,该模型在集成和筛选原有设计信息的基础上通过数学降维的方式形成新的主成分以降低概念设计方案选择的难度,同时还建立包装概念设计阶段的碳足迹计算模型,给出低碳包装概念设计方案的评价和选择方法,以小型汽油机包装为例,在低碳包装概念设计方法指导下选择的木材、瓦楞纸板和胶合板作为汽油机包装材料形成的3个方案中,结果表明,瓦楞纸板在综合性能指标中以161.17的分值被确定为最优解,符合目前高强度瓦楞纸板代木包装在机电产品包装中的应用趋势,从而验证了此方法有效.     

卫星姿态调节的滑模PID控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种滑模PID控制器设计方法.根据李亚普诺夫方法,推导出了采用PID形式的切换面的滑模PID控制器.在卫星转动惯量参数存在不确定性和存在外干扰时,该控制律也具有全局稳定性和鲁棒性.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的.     

光学微扫描显微热成像系统超分辨力图像处理方法研究

为提高已研制光学微扫描显微热成像系统的空间分辨力,基于改进的频域图像配准技术和凸集投影超分辨力算法,提出了显微热成像系统光学微扫描超分辨力图像处理方法。给出了该方法的原理及步骤,采用不同重构方法行了仿真研究,给出了评价参数和结论。利用光学微扫描显微热成像系统采集低分辨力显微热图像序列进行了超分辨力处理实验,实验结果表明本文提出方法的有效性,光学微扫描显微热成像系统的空间分辨力得到提高从而可满足需要高分辨力显微热分析的场合。该方法还可以应用于其它不可控光学微扫描成像系统中,具有广泛的应用前景。     

Ultra-high resolution imaging method for the distributed small satellite MIMO-SAR

Aiming at the spotlight mode of the distributed small satellite multiple-input multiple-output synthetic aperture radar(MIMO-SAR),an ultra-high resolution imaging method is proposed to reduce the storage pressure and imaging load of the satellite in a multi-channel high-resolution mode.The full-aperture signal of each channel is divided into sub-aperture signals.The sub-aperture signal is deblurred,and then the large bandwidth signal is obtained by using the improved time domain bandwidth synthesis method.Then the sub-aperture image coherent fusion algorithm is used to obtain the ultra-high resolution image.Simulation results show that the improved time domain bandwidth synthesis method can synthesize bandwidth effectively,and the imaging effect of the proposed method is excellent.The validity and reliability of the method are verified.     

一种小型无人机高度传感器余度设计方法

为提高小型无人机飞行控制系统的可靠性,利用GPS提供的高度信息设计了气压高度传感器的余度备份.运用飞机运动学方程对低频率GPS高度信号进行补偿,提高了信号的实时性与可用性,设计的气压高度传感器故障处置流程将高度信号的切换与模态管理结合起来,减小了高度信号切换产生的不良瞬态.仿真结果表明,飞行控制系统在气压高度传感器出现故障时可及时切换到高度备份传感器并能有效隔离故障源,GPS高度信号经补偿后可满足飞行安全要求,余度设计提高了整个飞行控制系统的可靠性.     

声透镜成像声呐的高速成像收发通道设计

针对声透镜成像声呐在保持高速成像的前提下减少收、发通道的设计技术,在以往声透镜成像声呐所采用的分时收发通道设计的基础上,通过借鉴无线通信中的CDMA技术,并适当安排换能器基元的收、发组合方式,设计了一种新的收、发通道结构和相应的信号处理流程.同时,对其工作性能进行了仿真,并且与其他设计结构的成像声呐可达到的成像性能进行了比较.研究表明,采用多组正交编码调相信号作为声透镜成像声呐的发射信号,以及分组发射、重新分组接收的方式,可以在声透镜成像声呐的接收通道总数比传统设计方式大幅度减少的情况下仍然保持很高的成像速度.     

Short-working-distance optical imaging system and method for surface detection of underwater structures

In the surface imaging of underwater structures, long working distance will reduce image quality due to the turbidity of water. To acquire high definition and large field of view (FOV) images for surface detection, a short-working-distance underwater imaging system is proposed based on camera array. A multi-view calibration and rectification method is developed. A look-up table (LUT) method and a multi-resolution spline (MRS) method are applied to stitch array images real-time and seamlessly. Experiments both in the air and in the water are conducted. Strength and weakness of the LUT and MRS methods are discussed. Based on the results, the effectiveness in surface detection of underwater structures is verified.     

航天器姿态跟踪的非线性离散滑模仿真模型设计

为提高三轴稳定刚体航天器对时变参数摄动及外界环境干扰的鲁棒性能,提出一种基于非线性离散滑模控制的姿态跟踪控制系统设计方法.建立了航天器姿控模型,针对该模型中存在的时变特性与干扰力矩,将原系统进行反馈线性化解耦和模型离散化,由离散指数趋近律推导了离散滑模姿态控制律.依据某航天器的模型数据进行的仿真结果表明,所设计的离散滑模姿控系统在确保航天器姿态稳定的同时,实现了各通道的解耦控制,可有效减小干扰引起的姿态角跟踪偏差,对系统外干扰和内部参数摄动都具有良好的鲁棒性能,同时还验证了对指令跟踪的动态性能与采样周期的关系.