摘要：针对共轴双旋翼高速直升机非线性强耦合多模式切换稳定控制问题,提出一种基于增益自适应的平均驻留时间切换控制策略。首先,根据共轴高速直升机动力学模型,分析其舵面操纵特性,构建多模式增益自适应切换控制结构。提出非仿射非线性小增益高频滤波自适应律,可快速补偿多模式切换的不确定性并降低高频噪声以保证系统的稳态和暂态性能。然后,建立包含不确定项的切换子模型集,结合自适应增益设计平均驻留时间切换控制律,基于小增益定理和Lyapunov稳定性理论证明该闭环系统的控制稳定性,保证共轴高速直升机低速-过渡-高速全模式下的稳定切换控制。最后,通过与现有控制方法的比较,验证了所提出的控制策略的可行性和有效性。

摘要：要将微纳卫星拼接成超大型可变构航天器,其中微型高精度相对姿态重复可调的对接机构设计是关键环节。基于Stewart机构,设计了一种高精度的相对姿态重复可调对接机构。该机构针对对接锁定后相对姿态精密调节的问题,分析了对接机构调姿误差传递机理,建立了调姿误差传递模型,仿真计算得出理论调姿精度。通过激光微距传感器与Stewart机构形成闭环控制系统,设计了调姿控制系统误差补偿算法,实现了相对位姿的高精度调节;建立了双模块相对姿态调节场景下的动力学模型,结合调姿运动轨迹分析了机构各个伸缩杆电机驱动力变化规律;仿真分析及实物调姿测试表明,对接机构质量仅为2.43 kg,包络球半径仅为10 cm,三轴姿态调节精度可达±0.02°,对接机构最大调姿负载为65 N,可以应用于微纳组合体航天器精确变构。

摘要：纤维增强热固性树脂基复合材料在高端制造领域应用广泛,其固化过程涉及树脂流动、固化反应发生、残余应力引发固化变形等多个步骤。数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料的工艺成型过程是一个多场耦合的复杂问题,建立完善的数值模拟方法用来预测其成型过程中的固化行为对于工艺类型选择、工艺参数设计和复合材料构件性能优化具有重要的理论与实践意义。本文归纳了数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料成型过程的主要研究进展,并讨论了不同数值模型的适用条件,通过分析同一问题不同模型的适用条件可以为复合材料固化工艺及参数设计的选择提供指导。提升精度和降低成本是数值模型迭代优化的主要研究方向。在此基础上,本文对数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料成型过程进行了总结,并认为未来可以从复合材料的树脂流动多尺度建模、机器学习与材料基因组方法在复合材料的构件优化设计中的应用和残余应力对复合材料的性能及使用寿命的影响等方面开展研究。

摘要：多源混合供电技术可有效地利用不同供电单元性能,在电气化交通系统中得到广泛应用。然而,随着越来越多的恒功率特性及强脉动特性负载接入供电系统,系统的稳定性难以得到保证。针对传统线性控制方法难以保证系统的大信号稳定性,而现有非线性控制的研究仍缺乏兼顾稳定性和动态性能的控制参数设计方法的问题,该文对燃料电池-锂电池混合供电系统设计基于无源控制和扩张高增益状态观测器的复合控制方法,并对控制器和观测器参数进行了设计,有效地保证了系统的动静态性能。在实验室搭建一套额定功率为3 kW的燃料电池-锂电池混合供电系统实验平台进行测试,结果验证了所提控制策略和参数设计方法的有效性和正确性。

摘要：为满足航天伺服系统高性能控制需求,针对空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统存在的电流环延迟问题,提出了一种基于无差拍控制的电流环延迟补偿策略,设计延迟补偿环节抑制电流环中存在的延迟,同时设计误差校正器提高电流采样精度,保证电流预测的准确性。在应对系统外部复杂扰动的挑战上,提出了一种扰动观测结合转子位置追踪的扰动抑制策略,设计了基于内模控制思想的新型外环控制器,并将微分结构引入观测器中实现无滞后扰动观测。对于柔性系绳易产生张力冲击的问题,提出了一种基于参数自适应调节器的防冲击张力控制策略,通过对张力调节器参数的动态调整实现张力的快速准确调节。最后,成功研制了空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统实验平台,并进行了相关实验验证。实验结果显示,提出的控制策略有效消除了电流环中的延迟,提升了电流环的动态和稳态性能;同时,能够对外部扰动进行精确估计与实时补偿,提高了整个伺服系统的抗扰性能;此外,成功实现了对柔性系绳张力的精确控制,防止了张力冲击现象,从而实现了空间柔性系绳用永磁直驱伺服系统的高性能控制。

摘要：与经验和计算指导的研发模式相比,机器学习辅助的含能分子高通量虚拟筛选技术,在分子设计效率及构效关系定量分析方面都展现出明显优势。鉴于富氮稠环含能化合物较好的能量-稳定平衡特性,研究利用机器学习辅助的高通量虚拟技术对[5,6]富氮稠环类含能分子的化学空间进行了探索研究,基于[5,6]全碳骨架,通过组合枚举和芳香性筛选得到142689个[5,6]稠环类化合物,同时采用核岭回归算法建立并优化了6个含能分子性能预测模型(密度,分解温度,爆速,爆压,撞感和生成焓),分析了稠环上的氮氧原子以及分子上官能团对含能化合物性能的影响。结果发现,所生成稠环化合物的构效关系与含能化合物能量与稳定性相关性的一般规律相符,验证了模型的合理性。以爆速和分解温度作为能量和热稳定性的标准,研究进而筛选获得了5个综合性质较为突出的分子,利用DFT等量子化学计算的结果与本研究模型预测结果符合良好,进一步验证了预测模型的精度。

摘要：针对3维空间对抗环境下,具有非线性二阶积分器动力学模型的多智能体系统(multi-agents system,MAS)时变编队机动与队形变换控制问题,提出一种可抑制外部干扰的MAS时变编队机动与队形变换策略。首先,根据空间对抗环境分析常见编队队形的效用,设计一种基于应力矩阵和领导跟随策略的24机编队立体构型,通过灵活地仿射变换队形,提高MAS编队空间对抗效率。其次,基于一致性理论、滑模理论和鲁棒性控制,利用时变编队应力矩阵,设计了一种鲁棒一致性跟踪控制器,以在外部未知扰动条件下,确保MAS时变编队在机动与仿射变换时跟随者对领导者的精确协同跟踪。然后,通过构造Lyapunov函数证明了外界未知扰动下3维MAS时变编队连续机动和队形变换的稳定性。最后,通过仿真实验验证了所提出的控制器能够使时变编队在机动和队形变换过程中实现精确协同跟踪。

摘要：仿枫树子飞行器是一种模仿自然界枫树种子飞行原理的仿生飞行器。为提升仿枫树子飞行器的任务执行能力,设计了一种组合式仿枫树子飞行器,组合体可2、3或6个单体飞行器通过组合箱组合而成,具有地面快速拆装和空中受控分体的能力。基于叶素-动量理论完成了单体飞行器和组合体飞行器的气动建模,分析发现组合体飞行器的飞行效率相比单体飞行器提升了13.3%;完成了飞行器动力学建模和外环控制律设计,并通过六自由度飞行仿真对飞行器的典型飞行状态、空中分体过程进行了研究,结果表明飞行器具备可控飞行和空中稳定分体的能力;在实际飞行试验中,成功实现了三机组合体的空中分体。组合式设计与空中分体技术,使飞行器具备了高飞行效率和无人机集群的双重优势。

摘要：针对飞机全电防滑刹车系统具有较强的非线性特征,以及机电作动器(EMA)中存在的干扰不利于系统稳定性,提出一种有限时间预设性能反演滑模控制方法。在合理简化的基础上,建立含滑移率子系统和EMA子系统的飞机全电防滑刹车系统的数学模型,并引入有限时间预设性能函数;利用预设性能反演控制方法设计滑移率控制器,获得参考刹车压力控制率,保证滑移率跟踪误差在有限时间内收敛到预设范围内;为跟踪参考刹车压力,利用非奇异终端滑模控制方法设计EMA控制器,针对EMA中存在的干扰,设计扩张状态观测器估计,并在控制器中进行补偿,提高控制器的鲁棒性和控制精度;通过干跑道和冰跑道2种情况下的数值仿真验证所提方法控制效果。

摘要：针对存在执行器复合故障的固定翼无人机跟踪控制问题,本文提出一种基于非确定性等价原理的自适应容错飞行控制策略.该策略能够有效地估计无人机纵向动态中执行器的失效及漂移故障,保证故障发生后闭环系统的最优性能指标.在自适应容错飞行控制设计中,通过引入辅助系统并动态调节因子,构造非确定性等价原理中偏微分方程的近似解,以简化自适应律设计复杂度.此外,借助Lyapunov稳定性分析方法,证明了在所设计的自适应容错控制器作用下闭环系统的稳定性.最后,仿真验证表明所设计的控制方法能够保证故障无人机的闭环系统性能.